RU2506301C2 - Luminescent material for solid-state white light sources - Google Patents

Luminescent material for solid-state white light sources Download PDF

Info

Publication number
RU2506301C2
RU2506301C2 RU2012113974/05A RU2012113974A RU2506301C2 RU 2506301 C2 RU2506301 C2 RU 2506301C2 RU 2012113974/05 A RU2012113974/05 A RU 2012113974/05A RU 2012113974 A RU2012113974 A RU 2012113974A RU 2506301 C2 RU2506301 C2 RU 2506301C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
values
luminescent material
white light
solid
cerium
Prior art date
Application number
RU2012113974/05A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012113974A (en
Inventor
Анатолий Васильевич Вишняков
Яаохуи Чанг
Екатерина Анатольевна Вишнякова
Original Assignee
Анатолий Васильевич Вишняков
Яаохуи Чанг
Екатерина Анатольевна Вишнякова
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 Анатолий Васильевич Вишняков, Яаохуи Чанг, Екатерина Анатольевна Вишнякова filed Critical Анатолий Васильевич Вишняков
Priority to RU2012113974/05A priority Critical patent/RU2506301C2/en
Publication of RU2012113974A publication Critical patent/RU2012113974A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2506301C2 publication Critical patent/RU2506301C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02BCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO BUILDINGS, e.g. HOUSING, HOUSE APPLIANCES OR RELATED END-USER APPLICATIONS
    • Y02B20/00Energy efficient lighting technologies, e.g. halogen lamps or gas discharge lamps

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to lighting engineering and can be used in blue LEDs of solid-state white light sources. The luminescent material based on yttrium aluminate, which contains cerium oxide, has the general formula (Y1-xCex)3±αAl5O12+1.5α, where x is the atomic fraction of cerium which is equal to 0.01-0.20; 0<α≤0.5 or 0>α≥-1.5. The colour temperature of the solid-state white light source varies from 3500 K to 4500 K.
EFFECT: colour coordinates and brightness are comparable with commercial samples.
3 cl, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области светотехники и, в частности, к люминесцентным материалам, светящимся при возбуждении голубым светом в желто-оранжевой области спектра и используемым в твердотельных источниках белого света. В этих приборах интенсивное белое свечение получается в результате комбинации желто-оранжевой люминесценции люминофора с первичным синим излучением, генерируемым светодиодом, излучающим в синей области спектра (440-480 нм).The invention relates to the field of lighting engineering and, in particular, to luminescent materials that glow when excited by blue light in the yellow-orange region of the spectrum and are used in solid-state white light sources. In these devices, intense white light is obtained as a result of a combination of yellow-orange luminescence of the phosphor with the primary blue radiation generated by an LED emitting in the blue region of the spectrum (440-480 nm).

Эффективность действия устройств данного типа зависит от химического состава применяемых люминофоров, в качестве которых могут быть использованы силикатные, фосфатные, оксидные, алюминатные, нитридные и оксо-нитридные люминофоры и их смеси [С. Ronda Luminescence: From Theory to Application. Science. 2007, 2б0р]. Наиболее эффективными среди них являются алюминатные люминофоры со структурой граната, образованные с" участием оксидов иттрия, гадолиния и других редкоземельных элементов, активированные церием обозначаемые в литературе - YAG:Ce.The effectiveness of the devices of this type depends on the chemical composition of the phosphors used, which can be used silicate, phosphate, oxide, aluminate, nitride and oxo-nitride phosphors and their mixtures [C. Ronda Luminescence: From Theory to Application. Science. 2007, 2b0r]. The most effective among them are aluminate phosphors with a garnet structure, formed with the participation of oxides of yttrium, gadolinium, and other rare earth elements, activated by cerium, designated in the literature - YAG: Ce.

Широкополосный люминофор с желто-оранжевым свечением на основе иттрий-алюминиевого граната, активированного церием (Y,Се)3Al5O12 и способ его получения, был впервые запатентован как катодолюминофор для электронно-лучевых трубок сотрудниками фирмы «Филипс» Ж. Бляссе (G. Blasse) и А. Брилем (A. Brile) в ряде стран и в том числе в США: Pat.US 3564322 (U.S. Class: 313/468; Intern'l Class: C09K 11/77) от 16.02.1971 с первичным приоритетом 29.04.1967. Синтез данного люминофора проводят при прокаливании смеси оксидов иттрия, алюминия и церия в восстановительной среде, что приводит к образованию соединения, в котором ион Y3+ частично замещен на Се3+. Таким образом, гранат Бляссе-Бриля является соединением фиксированного стехиометрического состава с частичным замещением иттрия на церий в диапазоне концентраций от 0.01 до 0,20:

Figure 00000001
A broadband phosphor with a yellow-orange glow based on yttrium-aluminum garnet activated by cerium (Y, Ce) 3 Al 5 O 12 and the method for its preparation was first patented as a cathodoluminophore for cathode ray tubes by Philips staff J. Blasse ( G. Blasse) and A. Brile in a number of countries, including the USA: Pat. US 3564322 (US Class: 313/468; Intern'l Class: C09K 11/77) dated 02.16.1971 with primary priority 04/29/1967. The synthesis of this phosphor is carried out by calcining a mixture of yttrium, aluminum and cerium oxides in a reducing medium, which leads to the formation of a compound in which the Y 3+ ion is partially replaced by Ce 3+ . Thus, Blasse-Bril garnet is a compound of fixed stoichiometric composition with partial substitution of yttrium for cerium in the concentration range from 0.01 to 0.20:
Figure 00000001

Начиная с 1997 года люминофор с желто-оранжевым свечением на основе иттрий-алюминиевого граната, активированного церием, стал повсеместно использоваться в качестве люминесцентного материала для твердотельных источников белого света. При этом внимание изобретателей было сосредоточено исключительно на создании более сложных композиций самого различного состава, включающих два или более лантаноидов замещающих иттрий.Since 1997, a phosphor with a yellow-orange glow based on yttrium-aluminum garnet activated by cerium has become widely used as a luminescent material for solid-state white light sources. In this case, the attention of the inventors was focused solely on the creation of more complex compositions of various compositions, including two or more lanthanides replacing yttrium.

В период 1998 по 2008 гг японской компанией «Nichia» была получена серия патентов на устройство, состоящее из полупроводникового гетероперехода InGaN, излучающего свет с длиной волны 450-470 нм и покрытого зернами флуоресцирующего вещества со структурой иттрий-алюминиевого граната, активированного церием [US Patents №№: №5998925(U.S. Class: 313/503; Intern'l Class: H01J 001/62) от 07.12.1997, №№6069440 (U.S. Class: 313/486,489; Intem'l Class: H01L 033/00) от 30.05.2000, №6608332 (U.S. Class: 257/98) от 19.08.2003, №6614179 (U.S. Class: 353/512; Intern'l Class: H01L 33/00) от 19.08.2003, №7362048 (U.S. Class: 313/512].Between 1998 and 2008, the Japanese company Nichia obtained a series of patents for a device consisting of an InGaN semiconductor heterojunction emitting light with a wavelength of 450-470 nm and coated with grains of a fluorescent substance with the structure of yttrium-aluminum garnet activated by cerium [US Patents No№: No.5998925 (US Class: 313/503; Intern'l Class: H01J 001/62) dated 12/07/1997, No 6069440 (US Class: 313 / 486,489; Intem'l Class: H01L 033/00) from 05/30/2000, No. 6608332 (US Class: 257/98) dated 08/19/2003, No. 6614179 (US Class: 353/512; Intern'l Class: H01L 33/00) dated 08/19/2003, No. 7362048 (US Class: 313/512].

Во всех указанных патентах авторы рассматривают применение композиции, состав которой соответствует формуле:In all of these patents, the authors consider the use of a composition whose composition corresponds to the formula:

(Y1-x∑Lnx)(Al1-a-b-cGaInb)5O12, где в числе основных редкоземельных элементов, упоминаются иттрий, гадолиний и церий и наряду с ними Lu, Sm, La, Sc.(Y 1-x ∑ Ln x ) (Al 1-abc G a In b ) 5 O 12 , where, among the main rare-earth elements, yttrium, gadolinium, and cerium are mentioned, along with Lu, Sm, La, Sc.

Позднее были заявлены составы, включающие от 5 до 14 лантаноидов US 20080116422 (U.S. Class: 252/301.4R; Intem'l Class: C09K 11/08) от 22.05.2008 и US 20080290355 (U.S. Class: 257/94; Intem'l Class: C09K 11/08) от 27.11.2008. В первой из них предлагается композиция, формула которой имеет вид [Y1-x-y-z-p-qGdxTbyYbzLupCeq]s Al5O12, в состав которой кроме Gd, Се, Lu, Sm были добавлены Tb, Yb. В заявке US №20080290355 тех же авторов состав люминофора задан формулой [Y1-x-y-z-qGdxLuyYbzEuq + активирующие добавки Се,Pr,Dy,Er,Sm]3 Al5O12, где в группу лантаноидов были включены 9 из 14 f-элементов.Subsequently, formulations were announced comprising 5 to 14 lanthanides US 20080116422 (US Class: 252 / 301.4R; Intem'l Class: C09K 11/08) dated 05/22/2008 and US 20080290355 (US Class: 257/94; Intem'l Class: C09K 11/08) from 11/27/2008. In the first of these, a composition is proposed whose formula is [Y 1-xyzpq Gd x Tb y Yb z Lu p Ce q ] s Al 5 O 12 , in addition to Gd, Ce, Lu, Sm Tb, Yb were added. In the application US No. 2008290355 by the same authors, the phosphor composition is given by the formula [Y 1-xyzq Gd x Lu y Yb z Eu q + activating additives Ce, Pr, Dy, Er, Sm] 3 Al 5 O 12 , where lanthanides were included in the group 9 out of 14 f-elements.

Химический состав этих люминофоров отвечал стехиометрической формуле (Y+∑Ln)3 [∑Ме3+)5O12, где Ln=Gd, Се и совместно с ними один или несколько элементов из группы лантаноидов; Me3+ - алюминий или совместно с ним один или несколько элементов из группы Ga, In, Sc. При этом соотношение между

Figure 00000002
жестко фиксировано и равно
Figure 00000003
.The chemical composition of these phosphors corresponded to the stoichiometric formula (Y + ∑ Ln) 3 [∑ Ме 3+ ) 5 O 12 , where Ln = Gd, Се and, together with them, one or more elements from the group of lanthanides; Me 3+ - aluminum or together with it one or more elements from the group Ga, In, Sc. Moreover, the ratio between
Figure 00000002
rigidly fixed and equal
Figure 00000003
.

Следует отметить, что ключевую роль в формировании люминесцентных свойств иттрий-алюминиевых гранатов выполняет ион Се3+ который является активатором люминесценции, т.е. элементом, оптические переходы в котором определяют цвет свечения, а концентрация задает яркость люминесценции.It should be noted that a key role in the formation of the luminescent properties of yttrium-aluminum garnets is played by Ce 3+ ion, which is an activator of luminescence, i.e. an element in which optical transitions determine the color of the glow, and the concentration sets the brightness of the luminescence.

Элементы Gd, Tb и Lu относят к категории добавок, формирующих люминесцирующую матрицу. Они обеспечивают сдвиг положения максимума в спектре люминесценции в длинноволновую (Gd, Tb) или коротковолновую (Lu) области спектра (аналогичную роль могут играть Ga, In, Sc). Другие редкоземельные элементы Nd, Eu, Dy, Er, Но, Tm, - играют вспомогательную роль, которая отмечалась в ряде патентов, но на количественном уровне не была охарактеризована. Общее число запатентованных композиций сложного катионного состава с фиксированной стехиометрией (3-5-12), исчисляется десятками.Elements Gd, Tb and Lu are classified as additives that form a luminescent matrix. They provide a shift in the position of the maximum in the luminescence spectrum to the long-wave (Gd, Tb) or short-wave (Lu) spectral regions (Ga, In, Sc can play a similar role). Other rare-earth elements Nd, Eu, Dy, Er, But, Tm, - play an auxiliary role, which was noted in a number of patents, but was not characterized at a quantitative level. The total number of patented compositions of complex cationic composition with fixed stoichiometry (3-5-12) is in the tens.

В последние 5-7 лет в литературе появились патентные решения, в которых были предложены композиции с измененной стехиометрией между оксидами редкоземельных элементов и оксидом алюминия как в сторону избытка редкоземельных элементов, так и в сторону избытка алюминия.In the last 5–7 years, patent solutions have appeared in the literature, in which compositions were proposed with altered stoichiometry between the oxides of rare-earth elements and aluminum oxide, both in the direction of excess of rare-earth elements and in the direction of excess aluminum.

Сотрудники корпорации «General Electric» в период с 2001 по 2003 годы заявили для тербиевых, лютециевых и тербий-лютециевых гранатов 5 патентов: US Pat №6598195 (22.07.2003), 6630077 (07.10.2003), 6793848 (21.09.2004), 6936857 (30.08.2005) и 7008558 (07.03.2006), первый из которых являлся основополагающим. В этом документе возможные вариации величины индекса у (∑Ln)a и (∑Al,Ga,In)z, были обозначены, соответственно, как 2,8<а<3 и 4<z<5. Стоит особо отметить тот факт, что авторы патента, изменяя индексы у ∑Ln и Al, т.е. говоря, по существу, о нестехиометрическом гранате, записывают индекс у кислорода, равным 12. Если учесть, что зарядовое состояние у всех металлов, характеризующих конкретный состав заявленных люминофоров, соответствует состоянию Me3+, то сохранение индекса у кислорода, равного 12, возможно при однофазности композиции только при условии, что зарядовое состояние у представителей лантаноидной группы будет более 3. Последнее в принципе исключено, поскольку приготовление люминофора осуществляется в восстановительных условиях (высокие температуры и присутствие водорода), когда устойчивым состоянием для тербия и церия является 3+.In the period from 2001 to 2003, employees of the General Electric Corporation filed 5 patents for terbium, lutetium and terbium-lutetium garnets: US Pat No. 6598195 (07.22.2003), 6630077 (07.10.2003), 6793848 (09.21.2004), 6936857 (08.30.2005) and 7008558 (03.03.2006), the first of which was fundamental. In this document, possible variations of the index value for (∑Ln) a and (∑Al, Ga, In) z , were designated, respectively, as 2.8 <a <3 and 4 <z <5. It is worth noting especially the fact that the authors of the patent, changing the indices for ∑Ln and Al, i.e. speaking essentially of a non-stoichiometric garnet, the oxygen index is written to 12. If we take into account that the charge state of all metals characterizing the specific composition of the declared phosphors corresponds to the Me 3+ state, then the oxygen index of 12 is preserved if single-phase composition only under the condition that the charge state of representatives of the lanthanide group will be more than 3. The latter is in principle excluded, since the preparation of the phosphor is carried out under reducing conditions (high temperatures tours and the presence of hydrogen), when the stable state for terbium and cerium is 3+.

В наиболее позднем патенте корпорации «General Electric» (7008558 (07.03.2006)) состав композиции, представлен формулой: (G1-x-yAxRey)a DzO12, где вариации стехиометрических индексов «а» и «z» обозначены неравенствами 2,8<а<3,1 и 4<z<5,1 (предпочтительно: 2,884<а<3,032 и 4,968<z<5,116).In the latest patent of General Electric Corporation (7008558 (03/07/2006)) the composition is represented by the formula: (G 1-xy A x Rey) a D z O 12 , where the variations of the stoichiometric indices “a” and “z” are indicated inequalities 2.8 <a <3.1 and 4 <z <5.1 (preferably: 2.884 <a <3.032 and 4.968 <z <5.116).

В 2006 году был выдан патент (US №7135129 (U.S. Class: 252/301.4R; Intern'l Class: C09K11/08 от 14.11.2006 на люминофор состава: (Y1-x-y-z-qGdxDyyYbzErqCep)α (Al1-n-m-kGanScmInk)βO12, стехиометрические индексы у которого α и β были равны: α=2.97-3.02 и β=4.98-5.02). В заявке US20090153027 (U.S. Class: 313/503; Intern'l Class: C09K 11/78) от 19.06.2009 предложен люминофор, имеющий состав [Y2-x-y-z-qGdxCeyPrzDypO3]1,5±α+(Al2O3)2,5±β), где α=(0,01-0,1) и β=(0,01-0,1). По словам авторов, предпочтительные значения индексов составляют 0,01 для «α» и 0,03 для «β».In 2006, a patent was issued (US No. 7135129 (US Class: 252 / 301.4R; Intern'l Class: C09K11 / 08 of 11/14/2006 for a phosphor composition: (Y 1-xyzq Gd x Dy y Yb z Er q Ce p ) α (Al 1-nmk Ga n Sc m In k ) β O 12 , the stoichiometric indices for which α and β were equal: α = 2.97-3.02 and β = 4.98-5.02). In the application US20090153027 (US Class: 313 / 503; Intern'l Class: C09K 11/78) dated 06/19/2009 a phosphor having the composition [Y 2-xyzq Gd x Ce y Pr z Dy p O 3 ] 1,5 ± α + (Al 2 O 3 ) 2 is proposed , 5 ± β ), where α = (0.01-0.1) and β = (0.01-0.1). According to the authors, the preferred index values are 0.01 for "α" and 0.03 for "β".

В патентных заявках (WO 2011/014091 A1 и PCT/RU 2010/000619) были предложены композиции, в которых величины индекса у элементов иттриевой подрешетки изменялась в интервале от 3,03 до 5 (избыток оксида иттрия) и, соответственно, от 2,8 до 1,0 (избыток оксида алюминия). Как оказалось, люминофоры, в которых величина индекса отличается от соответствующего стехиометрическому гранату (3), по своим эксплуатационным свойствам не уступали, но по ряду признаков (спекаемость, стоимость, яркость, цветовые координаты) превосходят те, которыми обладают гранаты со стехиометрией «3-5-12».In patent applications (WO 2011/014091 A1 and PCT / RU 2010/000619) compositions were proposed in which the index values for the elements of the yttrium sublattice varied in the range from 3.03 to 5 (excess yttrium oxide) and, accordingly, from 2, 8 to 1.0 (excess alumina). As it turned out, phosphors, in which the index value differs from the corresponding stoichiometric garnet (3), were not inferior in their operational properties, but in a number of signs (sintering ability, cost, brightness, color coordinates) are superior to those possessed by grenades with stoichiometry “3- 5-12 ".

Однако независимо от того, каким был состав люминофора стехиометрическим или нестехиометрическим, люминесцентные материалы, заявленные после Бляссе-Бриля, всегда содержали кроме церия, по крайней мере, еще один лантаноид, который лишь корректировал активирующее действие церия. Поэтому, если не рассматривать сдвиг максимума в ту или иную сторону спектра (приводящий практически всегда к снижению яркости), то можно полагать, что простейший стехиометрический гранат Бляссе-Бриля обладает необходимым для практического применения комплексом свойств.However, no matter what the phosphor composition was stoichiometric or non-stoichiometric, the luminescent materials declared after Blaise-Bril always contained, in addition to cerium, at least one more lanthanide, which only corrected the activating effect of cerium. Therefore, if we do not consider the shift of the maximum to one side or another of the spectrum (almost always leading to a decrease in brightness), then we can assume that the simplest stoichiometric Blassse-Brill garnet possesses a set of properties necessary for practical application.

В качестве прототипа предлагаемого изобретения, был выбран патент RU №2396302, в котором описано применение стехиометрического иттрий алюминиевого граната (Y1-xCex)Al5O12, активированного только церием и предназначенного для преобразования излучения синих светодиодов с целью получения твердотельных источников белого света.As a prototype of the invention, the patent RU No. 2396302 was selected, which describes the use of stoichiometric yttrium aluminum garnet (Y 1-x Ce x ) Al 5 O 12 , activated only by cerium and designed to convert the radiation of blue LEDs in order to obtain solid-state white sources Sveta.

Недостаток прототипа состоит в том, что в рамках его может быть синтезирован ограниченный ряд люминофоров, отличающихся только концентрацией церия.The disadvantage of the prototype is that within it can be synthesized a limited number of phosphors that differ only in the concentration of cerium.

Задача предлагаемого изобретения состоит в расширении ассортимента неорганических люминесцирующих материалов для твердотельных источников белого света.The objective of the invention is to expand the range of inorganic luminescent materials for solid-state white light sources.

Поставленная задача решается созданием нового люминесцирующего материала для твердотельных источников белого света на основе алюмината иттрия, включающего оксид иттрия, оксид церия, а также оксид алюминия, при этом состав неорганического люминесцирующего материала соответствует общей формуле (Y1-xCex)3±αAl5O12±1,5α,The problem is solved by creating a new luminescent material for solid-state white light sources based on yttrium aluminate, including yttrium oxide, cerium oxide, and aluminum oxide, while the composition of the inorganic luminescent material corresponds to the general formula (Y 1-x Ce x ) 3 ± α Al 5 O 12 ± 1,5α ,

где х - атомная доля церия, равная 0,01-0,20;where x is the atomic fraction of cerium equal to 0.01-0.20;

α - величина, характеризующая отклонение от стехиометрического индекса 3 в иттриевом гранате, как в сторону значений >3, отвечающих положительным значениям α, так и значений <3, отвечающих отрицательным значениям α.α is a value characterizing the deviation from the stoichiometric index 3 in yttrium garnet, both in the direction of values> 3, corresponding to positive values of α, and values <3, corresponding to negative values of α.

Положительным значениям α соответствует введение избытка оксида иттрия по отношению к оксиду алюминия по сравнению с соотношением 1,5:2,5 в стехиометрическом соединении (Y1-xCex)3 Al5O12, что приводит к увеличению индекса у кислорода до значения 12+1,5α. Отрицательные значения а отвечают недостатку оксида иттрия по отношению к оксиду алюминия по сравнению с соотношением 1,5:2,5 в стехиометрическом соединении (Y1-xCex)3 Al5O12, что приводит к уменьшению индекса у кислорода до значения 12-1,5α. При этом положительные значения индекса а изменяются в интервале 0<α≤0,5 и отрицательные значения в интервале 0>α≥-1,5The positive values of α correspond to the introduction of an excess of yttrium oxide with respect to alumina compared with a ratio of 1.5: 2.5 in the stoichiometric compound (Y 1-x Ce x ) 3 Al 5 O 12 , which leads to an increase in the oxygen index to a value 12 + 1,5α. Negative values of a correspond to a lack of yttrium oxide with respect to alumina compared with a ratio of 1.5: 2.5 in the stoichiometric compound (Y 1-x Ce x ) 3 Al 5 O 12 , which leads to a decrease in the oxygen index to 12 -1.5α. In this case, the positive values of the index a vary in the range 0 <α≤0.5 and the negative values in the range 0> α≥-1.5

Таким образом, в отличие от прототипа в предлагаемом изобретении соотношение мольных количеств изменяется в широком интервале составов

Figure 00000004
тогда как в прототипе оно фиксировано и составляет 0,6.Thus, in contrast to the prototype in the present invention, the ratio of molar amounts varies in a wide range of compositions
Figure 00000004
whereas in the prototype it is fixed and is 0.6.

Примеры конкретного выполненияCase Studies

Были приготовлены четыре серии образцов с заданным (в пределах данной серии) содержанием церия, и изменяющимся мольным соотношением

Figure 00000005
, а именно: (Y1-xCex)1,5 Al5O9,75, (Y1-xCex)2,8 Al5O11,70, (Y1-xCex)3,20 Al5O12,30 и (Y1-xCex)3,50 Al5O12,75. При переходе от одной серии к другой - содержание церия уменьшалось и составляло х=0,15, 0,10, 0,05 и 0,01. Данные, характеризующие изменение свойств в пределах каждой серии, разделены в приведенной ниже таблице пробелом.Four series of samples were prepared with a given (within this series) cerium content and a varying molar ratio
Figure 00000005
namely: (Y 1-x Ce x ) 1.5 Al 5 O 9.75 , (Y 1-x Ce x ) 2.8 Al 5 O 11.70 , (Y 1-x Ce x ) 3, 20 Al 5 O 12.30 and (Y 1-x Ce x ) 3.50 Al 5 O 12.75 . In the transition from one series to another, the cerium content decreased and amounted to x = 0.15, 0.10, 0.05, and 0.01. Data characterizing the change in properties within each series are separated by a space in the table below.

Таким образом, в общей сложности было приготовлено 16 образцов, отличающихся друг от друга величиной индекса (3±α), а также содержанием церия. Данные о составе люминофоров приведены в таблице №1. В число примеров включен также образец №17, состав которого соответствует прототипу.Thus, a total of 16 samples were prepared, differing from each other by the index value (3 ± α), as well as the cerium content. Data on the composition of the phosphors are shown in table No. 1. Examples included also sample No. 17, the composition of which corresponds to the prototype.

Люминофоры, состав которых приведен в списке примеров, были получены при термической обработке смеси оксидов иттрия, церия и гидроксида алюминия. Прокалку приготовленных смесей проводили в присутствии минерализаторов (плавней), способствующих увеличению скорости массопереноса за счет образования жидкой фазы на поверхности реагирующих твердых веществ и тем самым приводящих к увеличению скорости образования целевого продукта по реакциямPhosphors, the composition of which is given in the list of examples, were obtained by heat treatment of a mixture of yttrium, cerium and aluminum hydroxide oxides. The prepared mixtures were calcined in the presence of mineralizers (fluxes), contributing to an increase in the mass transfer rate due to the formation of a liquid phase on the surface of reacting solids, and thereby leading to an increase in the rate of formation of the target product by reactions

В качестве плавней использовали смеси хлорида и фторида бария (до 7-10% от массы оксидов).Mixtures of barium chloride and fluoride (up to 7-10% by weight of oxides) were used as fluxes.

Исходные вещества (оксиды иттрия и церия-IV и гидрооксид алюминия) с известным распределением частиц по размерам (лазерный анализатор размера частиц) смешивали в сухом виде на вибростенде или в смесителе типа «пьяная бочка» в закрытых полиэтиленовых сосудах с использованием стальных шаров с полиэтиленовым покрытием. Прокалку приводили в алундовых тиглях (Al2O3) при постепенном нагревании реагентов в восстановительной среде (N2+H2) со скоростью 7-10 град/мин до температуры 1450°С. Продолжительность выдержки при высокой температуре составляла 3-5 часов, после чего тигли охлаждали до 400°C в течение 2,5 часов.The starting materials (yttrium and ceria-IV oxides and aluminum hydroxide) with a known particle size distribution (laser particle size analyzer) were mixed dry on a vibrating stand or in a drunken barrel type mixer in closed polyethylene vessels using steel balls with a polyethylene coating . Calcination was carried out in alundum crucibles (Al 2 O 3 ) with gradual heating of the reagents in a reducing medium (N 2 + H 2 ) at a speed of 7-10 deg / min to a temperature of 1450 ° C. The exposure time at high temperature was 3-5 hours, after which the crucibles were cooled to 400 ° C for 2.5 hours.

Для удаления плавней приготовленные образцы несколько раз промывали большим объемом дистиллированной воды и высушивали в сушильном шкафу при 130°С. Размер частиц у приготовленных люминофоров составлял около 7-12 мкм.To remove the melt, the prepared samples were washed several times with a large volume of distilled water and dried in an oven at 130 ° C. The particle size of the prepared phosphors was about 7-12 microns.

Светотехнические параметры образцов измеряли на аттестованной установке EVERFINE-HAAS при отражении синего излучения от синтезированных порошков люминофоров с желто-оранжевым свечением. Величины, приведенные в таблице, отвечают параметрам, характеризующим люминесцентные свойства образцов в интервале длин волн 470-780 нм, т.е. за вычетом синего излучения светодиода.The lighting parameters of the samples were measured on a certified EVERFINE-HAAS device with reflection of blue radiation from synthesized phosphors with yellow-orange glow. The values given in the table correspond to the parameters characterizing the luminescent properties of the samples in the wavelength range 470-780 nm, i.e. minus the blue light emitting diode.

Таблица №1Table number 1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛУЧЕННЫХ ПРОДУКТОВ:PRODUCT CHARACTERISTICS: Iотн.ед - относительная яркость; λdom, нм - доминирующая длина волны в спектре люминесценции; λpeak, нм - положение максимума в спектре люминесценции; Δλ0,5,нм - ширина люминесцентной полосы на половине высоты максимальной ординаты; Tc - цветовая температура, КI rel.ed - relative brightness; λ dom , nm - the dominant wavelength in the luminescence spectrum; λ peak , nm — position of the maximum in the luminescence spectrum; Δλ 0.5 , nm - width of the luminescent band at half the height of the maximum ordinate; T c - color temperature, K № п/пNo. p / p Состав люминофора 1Phosphor composition 1 Характеристики полосы желто-оранжевой люминесценции (470-750 нм)Characteristics of the yellow-orange luminescence band (470-750 nm) I, отн.I, rel. λdom, нмλ dom , nm λpeak, нмλ peak , nm Δλ0,5, нмΔλ 0.5 , nm Цветовые координатыColor coordinates Tc T c xx yy 1one (Y0,85Ce0,15)1,50 Al5O9,75 (Y 0.85 Ce 0.15 ) 1.50 Al 5 O 9.75 499499 568,4568.4 543,2543.2 113,1113.1 0,4250.425 0,5480.548 40284028 22 (Y0,85Ce0,15)2,80 Al5O11,70 (Y 0.85 Ce 0.15 ) 2.80 Al 5 O 11.70 526526 568,5568.5 546,3546.3 112,5112.5 0,4270.427 0,5490.549 40054005 33 (Y0,85Ce0,15)3,20 Al5O12,30 (Y 0.85 Ce 0.15 ) 3.20 Al 5 O 12.30 527527 568,9568.9 546,8546.8 112,6112.6 0,4300.430 0,5470.547 39563956 4four (Y0,85Ce0,15)3,50 Al5O12,75 (Y 0.85 Ce 0.15 ) 3.50 Al 5 O 12.75 538538 568,9568.9 547,9547.9 113,2113.2 0,4290.429 0,5470.547 39623962 55 (Y0,90Ce0,10)1,50 Al5O9,75 (Y 0.90 Ce 0.10 ) 1.50 Al 5 O 9.75 502502 570,8570.8 556,5556.5 115,3115.3 0,4430.443 0,5370.537 37303730 66 (Y0,90Ce0,10)2,80 Al5O11,70 (Y 0.90 Ce 0.10 ) 2.80 Al 5 O 11.70 506506 571,9571.9 557,6557.6 115,7115.7 0,4520.452 0,5320.532 35843584 77 (Y0,90Ce0,10)3,20 Al5O12,30 (Y 0.90 Ce 0.10 ) 3.20 Al 5 O 12.30 506506 572,1572.1 559,2559.2 115,4115.4 0,4530.453 0,5310.531 35583558 88 (Y0,90Ce0,10)3,50 Al5O12,75 (Y 0.90 Ce 0.10 ) 3.50 Al 5 O 12.75 517517 571,3571.3 557,6557.6 115,1115.1 0,4470.447 0,5350.535 36583658 99 (Y0,95Ce0,05)1,50 Al5O9,75 (Y 0.95 Ce 0.05 ) 1.50 Al 5 O 9.75 487487 572,0572.0 558,8558.8 117,2117.2 0,4520.452 0,5310.531 35813581 1010 (Y0,95Ce0,05)2,80 Al5O11,70 (Y 0.95 Ce 0.05 ) 2.80 Al 5 O 11.70 514514 572,6572.6 558,4558.4 116,3116.3 0,4570.457 0,5280.528 34933493 11eleven (Y0,95Ce0,05)3,20 Al5O12,30 (Y 0.95 Ce 0.05 ) 3.20 Al 5 O 12.30 509509 572,5572.5 558,8558.8 116,4116.4 0,4560.456 0,5290.529 35133513 1212 (Y0,95Ce0,05)3,50 Al5O12,75 (Y 0.95 Ce 0.05 ) 3.50 Al 5 O 12.75 501501 572,0572.0 556,9556.9 116,1116.1 0,4530.453 0,5310.531 35683568 1313 (Y0,99Ce0,01)1,50 Al5O9,75 (Y 0.99 Ce 0.01 ) 1.50 Al 5 O 9.75 403403 565,4565.4 534,3534.3 111,3111.3 0,4030.403 0,5590.559 43854385 14fourteen (Y0,99Ce0,01)2,80 Al5O11,70 (Y 0.99 Ce 0.01 ) 2.80 Al 5 O 11.70 445445 565,7565.7 535,5535.5 110,8110.8 0,4050.405 0,5580.558 43534353 15fifteen (Y0,99Ce0,01)3,20 Al5O12,30 (Y 0.99 Ce 0.01 ) 3.20 Al 5 O 12.30 438438 565,7565.7 532,7532.7 110,9110.9 0,4050.405 0,5570.557 43584358 1616 (Y0,99Ce0,01)3,50 Al5O12,75 (Y 0.99 Ce 0.01 ) 3.50 Al 5 O 12.75 430430 566,1566.1 535,4535.4 111,5111.5 0,4080.408 0,556 0.556 43094309 1717 (Y0,95Ce0,05)3,00 Al5O12,00 (Y 0.95 Ce 0.05 ) 3.00 Al 5 O 12.00 486486 568,0568.0 547,0547.0 115,2115,2 0,4220.422 0,549 0.549 40694069

Как видно из приведенных в таблице данных, подавляющее большинство приготовленных составов за исключением образцов серии с минимальным содержанием церия превосходят по яркости и цветовым характеристикам величинам, которые соответствуют прототипу.As can be seen from the data in the table, the vast majority of the prepared compositions with the exception of samples of the series with a minimum cerium content exceed in brightness and color characteristics the values that correspond to the prototype.

Claims (3)

1. Люминесцирующий материал для твердотельных источников белого света на основе алюмината иттрия, включающего оксид церия, и соответствующего общей формуле (Y1-xCex)3±αAl5O12+150α, где х - атомная доля церия, равная 0,01-0,20;
α - величина, характеризующая отклонение от стехиометрического индекса 3 в иттриевом гранате, как в сторону значений >3, отвечающих положительным значениям α, так и значений <3, отвечающих отрицательным значениям α, при этом положительным значениям α соответствуют изменения индексов у кислорода в интервале «12+1,5α» и «12-1,5α» в случае отрицательных значений α.
1. Luminescent material for solid-state white light sources based on yttrium aluminate, including cerium oxide, and corresponding to the general formula (Y 1-x Ce x ) 3 ± α Al 5 O 12 + 150α , where x is the atomic fraction of cerium equal to 0, 01-0.20;
α is the value characterizing the deviation from the stoichiometric index 3 in yttrium garnet, both towards values> 3 corresponding to positive values of α, and values <3 corresponding to negative values of α, while positive values of α correspond to changes in the indices of oxygen in the range of 12 + 1,5α ”and“ 12-1,5α ”in the case of negative values of α.
2. Люминесцирующий материал по п.1, отличающийся тем, что величина α положительна и изменяется в интервале значений 0<α≤0,5, исключая из набора возможных значений величину α=0.2. The luminescent material according to claim 1, characterized in that the value of α is positive and varies in the range of values 0 <α≤0.5, excluding from the set of possible values the value α = 0. 3. Люминесцирующий материал по п.1, отличающийся тем, что величина α отрицательна и изменяется в интервале значений 0>α≥-1,5, исключая из набора возможных значений величину α=0. 3. The luminescent material according to claim 1, characterized in that the value of α is negative and varies in the range of values 0> α≥-1.5, excluding the value α = 0 from the set of possible values.
RU2012113974/05A 2012-04-11 2012-04-11 Luminescent material for solid-state white light sources RU2506301C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113974/05A RU2506301C2 (en) 2012-04-11 2012-04-11 Luminescent material for solid-state white light sources

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012113974/05A RU2506301C2 (en) 2012-04-11 2012-04-11 Luminescent material for solid-state white light sources

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012113974A RU2012113974A (en) 2013-10-20
RU2506301C2 true RU2506301C2 (en) 2014-02-10

Family

ID=49356834

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012113974/05A RU2506301C2 (en) 2012-04-11 2012-04-11 Luminescent material for solid-state white light sources

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2506301C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2618867C2 (en) * 2015-10-23 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Batch for producing cerium-activated aluminate luminophores with crystal garnet structure and method for production thereof
RU2670919C2 (en) * 2014-05-01 2018-10-25 Тохоку Техно Арч Ко., Лтд. Phosphor and radiation detector

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2643988C1 (en) * 2017-03-28 2018-02-06 Общество с ограниченной ответственностью "Монокристалл Пасты" Method for producing luminescent material of the yellow and green emission color to create resulting white light in leds

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3564322A (en) * 1967-04-29 1971-02-16 Philips Corp Cathode-ray tube for flying-spot scanning
US20010001207A1 (en) * 1996-07-29 2001-05-17 Nichia Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Light emitting device and display
US20030111644A1 (en) * 2001-12-14 2003-06-19 National Cheng Kung University Process for producing nanoscale yttrium aluminum garnet (YAG) fluorescent powders
RU2396302C1 (en) * 2009-01-11 2010-08-10 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Luminophor for light sources
WO2011014091A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Vishnyakov Anatoly Vasilyevich Inorganic luminescent material for solid-state sources of white light

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3564322A (en) * 1967-04-29 1971-02-16 Philips Corp Cathode-ray tube for flying-spot scanning
US20010001207A1 (en) * 1996-07-29 2001-05-17 Nichia Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Light emitting device and display
US20030111644A1 (en) * 2001-12-14 2003-06-19 National Cheng Kung University Process for producing nanoscale yttrium aluminum garnet (YAG) fluorescent powders
RU2396302C1 (en) * 2009-01-11 2010-08-10 Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" Luminophor for light sources
WO2011014091A1 (en) * 2009-07-28 2011-02-03 Vishnyakov Anatoly Vasilyevich Inorganic luminescent material for solid-state sources of white light

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2670919C2 (en) * 2014-05-01 2018-10-25 Тохоку Техно Арч Ко., Лтд. Phosphor and radiation detector
RU2670919C9 (en) * 2014-05-01 2018-12-12 Тохоку Техно Арч Ко., Лтд. Phosphor and radiation detector
RU2618867C2 (en) * 2015-10-23 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский Мордовский государственный университет им. Н.П. Огарёва" Batch for producing cerium-activated aluminate luminophores with crystal garnet structure and method for production thereof

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012113974A (en) 2013-10-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6101700B2 (en) LED red phosphor and light-emitting device containing the phosphor
JP6091475B2 (en) Yellow-green to yellow-emitting phosphors based on halogenated aluminates
TWI588117B (en) Oxynitride phosphor powder and method of manufacturing the same
US11578267B2 (en) Near-infrared light-emitting phosphor, phosphor mixture, light-emitting element, and light-emitting device
TWI545179B (en) Fluorescent material for white light emitting diode and preparation method thereof
JP6718991B2 (en) Lutetium nitride fluorescent powder and light emitting device having the fluorescent powder
JP2016508174A (en) Terbium-containing aluminate-based yellow-green to yellow-emitting phosphor
Qiang et al. A flux-free method for synthesis of Ce3+-doped YAG phosphor for white LEDs
RU2506301C2 (en) Luminescent material for solid-state white light sources
US10619095B2 (en) NASICON-structured phosphor and light emitting element comprising same luminesent materials
WO2016076380A1 (en) Phosphor, light-emitting device, illumination device, and image display device
TWI424048B (en) Yellow fluorosulfide phosphors, preparation method and white-light emitting diode thereof
RU2456327C2 (en) Luminescent material for solid-state white light sources (versions)
US20170275532A1 (en) Fluorescent material, a manufacturing method thereof, and a photo-luminescent composition containing the fluorescent material
WO2014088448A1 (en) Luminescent material for solid-state sources of white light
WO2012053924A1 (en) Luminescent material for solid-state sources of white light
JP6692053B2 (en) Phosphor and light emitting device
JP5955835B2 (en) Phosphor and light emitting device
JP2017190434A (en) Fluophor, light-emitting device, luminaire and image display device
KR100668796B1 (en) Huntite phosphor and white light emitting device using there
JP2016088970A (en) Phosphor, light emitting device, illumination device and image display device
JP2015054950A (en) Fluorescent substance, and fluorescent substance-containing composition and light-emitting device using the same
JP2017222868A (en) Terbium-containing aluminate-based yellowish green to yellow light-emitting fluophor
CN108753290B (en) Bismuth and europium ion co-activated titanium aluminate fluorescent powder and preparation and application thereof
RU2474009C2 (en) Inorganic luminescent material for solid-state sources of white light

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160412