RU2807809C1 - Red phosphor for composite white light leds based on fluoride borate polycrystals and method for its preparation - Google Patents
Red phosphor for composite white light leds based on fluoride borate polycrystals and method for its preparation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2807809C1 RU2807809C1 RU2023111245A RU2023111245A RU2807809C1 RU 2807809 C1 RU2807809 C1 RU 2807809C1 RU 2023111245 A RU2023111245 A RU 2023111245A RU 2023111245 A RU2023111245 A RU 2023111245A RU 2807809 C1 RU2807809 C1 RU 2807809C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- carried out
- polycrystals
- liba
- red
- white light
- Prior art date
Links
- OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N Phosphorus Chemical compound [P] OAICVXFJPJFONN-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 22
- FBMGKRKUOZTARV-UHFFFAOYSA-N F.OB(O)O Chemical compound F.OB(O)O FBMGKRKUOZTARV-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 8
- 239000002131 composite material Substances 0.000 title claims abstract description 5
- 238000000034 method Methods 0.000 title description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 title description 2
- 229910052693 Europium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 12
- 238000006862 quantum yield reaction Methods 0.000 claims abstract description 12
- 238000005424 photoluminescence Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000010532 solid phase synthesis reaction Methods 0.000 claims abstract description 8
- -1 europium ions Chemical class 0.000 claims abstract description 6
- 229910001422 barium ion Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 230000002596 correlated effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 239000012467 final product Substances 0.000 claims abstract description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims abstract 2
- OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N europium atom Chemical compound [Eu] OGPBJKLSAFTDLK-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 12
- 229910016036 BaF 2 Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000005284 excitation Effects 0.000 claims description 3
- 229910001632 barium fluoride Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N europium(III) oxide Inorganic materials O=[Eu]O[Eu]=O RSEIMSPAXMNYFJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 abstract description 2
- XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L lithium carbonate Chemical compound [Li+].[Li+].[O-]C([O-])=O XGZVUEUWXADBQD-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract description 2
- 229910052808 lithium carbonate Inorganic materials 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 3
- AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L barium carbonate Chemical compound [Ba+2].[O-]C([O-])=O AYJRCSIUFZENHW-UHFFFAOYSA-L 0.000 abstract 2
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 8
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 7
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 7
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 6
- 238000004020 luminiscence type Methods 0.000 description 5
- 238000000103 photoluminescence spectrum Methods 0.000 description 5
- 229910052788 barium Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 4
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N barium atom Chemical group [Ba] DSAJWYNOEDNPEQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 2
- 229910052688 Gadolinium Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002441 X-ray diffraction Methods 0.000 description 2
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 2
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce] GWXLDORMOJMVQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000003153 chemical reaction reagent Substances 0.000 description 2
- 230000000875 corresponding effect Effects 0.000 description 2
- 239000002178 crystalline material Substances 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 2
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 2
- 229910052697 platinum Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000009877 rendering Methods 0.000 description 2
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 229910052727 yttrium Inorganic materials 0.000 description 2
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910052771 Terbium Inorganic materials 0.000 description 1
- JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N aluminum;oxygen(2-);yttrium(3+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[Al+3].[Y+3] JNDMLEXHDPKVFC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 125000004429 atom Chemical group 0.000 description 1
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 229910019990 cerium-doped yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000003086 colorant Substances 0.000 description 1
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000001257 hydrogen Substances 0.000 description 1
- 229910052739 hydrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 125000004435 hydrogen atom Chemical class [H]* 0.000 description 1
- 229910052909 inorganic silicate Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000003446 ligand Substances 0.000 description 1
- 238000001755 magnetron sputter deposition Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 1
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010791 quenching Methods 0.000 description 1
- 230000000171 quenching effect Effects 0.000 description 1
- 238000011160 research Methods 0.000 description 1
- 238000012552 review Methods 0.000 description 1
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 1
- 239000006104 solid solution Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N terbium atom Chemical compound [Tb] GZCRRIHWUXGPOV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000010409 thin film Substances 0.000 description 1
- 229910019901 yttrium aluminum garnet Inorganic materials 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к материалам для использования в качестве красного люминофора составных светодиодов, состоящих из чипа, излучающего в ближнем ультрафиолете и трех люминофоров, красного, зеленого и синего цветов (NUV chip + RGB phosphors), на основе поликристаллов фторидоборатов.The invention relates to materials for use as a red phosphor of composite LEDs, consisting of a chip emitting in the near ultraviolet and three phosphors, red, green and blue (NUV chip + RGB phosphors), based on polycrystals of fluoride borates.
В настоящее время существует несколько подходов к созданию белых светодиодов. Различают трехкомпонентные светодиоды, состоящие из трех объединенных в одном объеме полупроводниковых излучателей (чипов) красного, зеленого и синего цвета [Taki, T., Strassburg, M. «Review - Visible Leds: More Than Efficient Light» - ECS J. Solid State Sci. Technol. 2020, 9, 015017]. К основным недостаткам таких светодиодов относят неравномерные угловые цветовые характеристики и линейчатый спектр, определяемый спектром используемых полупроводниковых излучателей. Для освещения помещений данные светодиоды не используются, их основной областью применения является декоративная подсветка.Currently, there are several approaches to creating white LEDs. There are three-component LEDs, consisting of three semiconductor emitters (chips) of red, green and blue colors combined in one volume [Taki, T., Strassburg, M. “Review - Visible Leds: More Than Efficient Light” - ECS J. Solid State Sci . Technol. 2020, 9, 015017]. The main disadvantages of such LEDs include uneven angular color characteristics and a line spectrum, determined by the spectrum of the semiconductor emitters used. These LEDs are not used for indoor lighting; their main area of application is decorative lighting.
Другим подходом, используемым для получения белого света, пригодного для использования в том числе для освещения помещений, является комбинация полупроводникового чипа, излучающего в ближней ультрафиолетовой области, и одного или нескольких люминофоров, преобразующих в результате фотолюминесценции (ФЛ) часть излучения чипа в излучение видимого диапазона. В настоящее время распространены люминофоры на основе иттрий-алюминиевого граната, легированного ионами церия Y3Al5O12:Се3+. Сочетание излучения чипа и люминофора дает белый свет [Ye S. et al. «Phosphors in Phosphor-Converted White Light-Emitting Diodes: Recent Advancesin Materials, Techniques and Properties» - Mater. Sci. Eng., R 2010, 71, P. 1-34; Smet, P. F. et al «Selecting Conversion Phosphors for White Light-emitting Diodes» - J. Electrochem. Soc., 2011, 158, R37-R54].Another approach used to produce white light, suitable for use including indoor lighting, is the combination of a semiconductor chip emitting in the near ultraviolet region and one or more phosphors that convert part of the chip’s radiation into visible radiation as a result of photoluminescence (PL). . Currently, phosphors based on yttrium-aluminum garnet doped with cerium ions Y 3 Al 5 O 12 : Ce 3+ are widely used. The combination of chip emission and phosphor produces white light [Ye S. et al. “Phosphors in Phosphor-Converted White Light-Emitting Diodes: Recent Advances in Materials, Techniques and Properties” - Mater. Sci. Eng., R 2010, 71, P. 1-34; Smet, P. F. et al "Selecting Conversion Phosphors for White Light-emitting Diodes" - J. Electrochem. Soc., 2011, 158, R37-R54].
Недостатком светодиодов на основе легированных церием кристаллов иттрий-алюминиевого граната, является низкий индекс цветопередачи и высокая коррелированность цветовой температуры вследствие отсутствия красной компоненты [Jang H.S. et al. «Improvement of Electroluminescent Property of Blue LED Coated with Highly Luminescent Yellow-Emitting Phosphors». - Appl. Phys. B: Lasers Opt, 2009, V. 95, P. 715-720; Huang X. Y. «Red phosphor converts white LEDs» - Nature Photonics, 8, 2014, P. 748-749].The disadvantage of LEDs based on cerium-doped yttrium aluminum garnet crystals is the low color rendering index and high color temperature correlation due to the absence of the red component [Jang H.S. et al. "Improvement of Electroluminescent Property of Blue LED Coated with Highly Luminescent Yellow-Emitting Phosphors." - Appl. Phys. B: Lasers Opt, 2009, V. 95, P. 715-720; Huang X. Y. “Red phosphor converts white LEDs” - Nature Photonics, 8, 2014, P. 748-749].
Преодолеть низкий индекс цветопередачи и высокую коррелированность цветовой температуры позволяет комбинация чипа, излучающего в ближнем ультрафиолете, с красным, зеленым и синим люминофорами, сочетание которых позволяет получить белый цвет. С этой целью проводятся исследования, направленные на получение эффективных красных [Ding X., Wang Y. «Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties» - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V. 9 (28), P. 23983-23994], зеленых [Li L. et al. «Structural and optical properties of (Sr, Ba)2SiO4: Eu2+ thin films grown by magnetron sputtering». - J. Lumin. 2014, V.152, P. 234-237] и синих люминофоров [Singh V. et al. «EPR and optical properties of green emitting Mn-doped BaMgAl10O17 nano-phosphors prepared by a combustion reaction». - J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2016, V. 27, P. 3697-3703].The low color rendering index and high correlation of color temperature can be overcome by combining a chip emitting in the near ultraviolet with red, green and blue phosphors, the combination of which makes it possible to obtain white color. For this purpose, research is being conducted aimed at obtaining effective red ones [Ding X., Wang Y. "Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties" - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V. 9 (28), P. 23983-23994], green [Li L. et al. "Structural and optical properties of (Sr, Ba)2SiO4: EU2+ thin films grown by magnetron sputtering". - J. Lumin. 2014, V.152, P. 234-237] and blue phosphors [Singh V. et al. "EPR and optical properties of green emitting Mn-doped BaMgAl10O17 nano-phosphors prepared by a combustion reaction". - J. Mater. Sci.: Mater. Electron. 2016, V. 27, P. 3697-3703].
В работе [Ding X., Wang Y. «Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties» - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V. 9 (28), P. 23983-23994] описан красный люминофор - поликристалл LiBa12(BO3)7F4, легированный ионами двухвалентного европия Eu2+ (0,1% ≤ C(Eu2+) ≤ 4%). При твердофазном синтезе данного материала использовали Eu2O3, который восстанавливали до Eu2+ нагреванием при температуре 940°С в смеси с графитом в трубчатой печи в атмосфере азота и водорода, взятых в соотношении N2:H2 = 6:45. В спектре фотолюминесценции полученных образцов LiBa12(BO3)7F4:Eu2+ при возбуждении длиной волны 405 нм наблюдался широкий пик с максимумом вблизи 650 нм, характерный для 4f65d1 → 4f7 переходов ионов Eu2+. Максимальная интенсивность фотолюминесценции с координатами цветности CIE (Commision Internationale de. I'Eclairage) (0.6350; 0.3586) и максимальный квантовый выход ФЛ= 26,6% были достигнуты при концентрации Eu2+- 1%.In [Ding X., Wang Y. "Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties" - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V. 9 (28), P. 23983-23994] describes a red phosphor - polycrystal LiBa12(BO3)7F4, doped with divalent europium ions Eu2+ (0.1% ≤ C(Eu2+) ≤ 4%). Eu was used in the solid-phase synthesis of this material.2O3, which was reduced to Eu2+ heating at a temperature of 940°C in a mixture with graphite in a tube furnace in an atmosphere of nitrogen and hydrogen, taken in the ratio N2:H2 = 6:45. In the photoluminescence spectrum of the obtained LiBa samples12(BO3)7F4:Eu2+ upon excitation at a wavelength of 405 nm, a broad peak with a maximum near 650 nm, characteristic of 4f, was observed65d1 → 4f7 transitions of Eu ions2+. Maximum photoluminescence intensity with CIE (Commision Internationale de. I'Eclairage) chromaticity coordinates (0.6350; 0.3586) and maximum PL quantum yield = 26.6% were achieved at Eu concentration2+- 1%.
В последнее время получили широкое развитие красные люминофоры на основе матриц, активированных Eu3+, благодаря интенсивному узкополосному излучению в области 610-630 нм, LaSc3(BO3)4:Eu3+ [Wang et al. «A red phosphor LaSc3(BO3)4:Eu3+ with zero-thermal quenching and high quantum effciciency for LEDs». - Chem. Eng. J., 2021, V.404, 125912], Na2Ln2Ti3O10:Eu3+, Ln=Gd, Y [Zhang et al. «Red emitting phosphors of Eu3+ doped Na2Ln2Ti3O10 (Ln=Gd, Y) for white light emitting diodes» - J. Alloys Compd., 2015, 635, P. 66-72], Ca2GdTaO6:Eu3+ [Wang et al., «Novel highly efficient and thermally stable Ca2GdTaO6:Eu3+ red-emitting phosphors with high color purity for UV/blue-excited WLEDs», J. Alloys Compd. 2019, 804, P. 93-99].Recently, red phosphors based on matrices activated by Eu 3+ have been widely developed due to intense narrow-band radiation in the region of 610-630 nm, LaSc 3 (BO 3 ) 4 :Eu 3+ [Wang et al. "A red phosphor LaSc 3 (BO 3 ) 4 :Eu 3+ with zero-thermal quenching and high quantum efficiency for LEDs." - Chem. Eng. J., 2021, V.404, 125912], Na 2 Ln 2 Ti 3 O 10 :Eu 3+ , Ln=Gd, Y [Zhang et al. “Red emitting phosphors of Eu 3+ doped Na 2 Ln 2 Ti 3 O 10 (Ln=Gd, Y) for white light emitting diodes” - J. Alloys Compd., 2015, 635, P. 66-72], Ca 2 GdTaO 6 :Eu 3+ [Wang et al., “Novel highly efficient and thermally stable Ca 2 GdTaO 6 :Eu 3+ red-emitting phosphors with high color purity for UV/blue-excited WLEDs,” J. Alloys Compd. 2019, 804, P. 93-99].
Ближайшим аналогом является изобретение, описанное в патенте RU 2784929 (кл. С 30 В 29/12, 01.12.2022) «Кристаллический материал для люминофоров для светодиодов белого света». Кристаллический материал представляет собой люминофор на основе фторидобората с «антицеолитной» структурой общей формулы Ba12(BO3)6[BO3][LiF4], в каркасе [Ba12(BO3)6]6+ которого ионы бария изоморфно замещены ионами редкоземельных элементов: европия, тербия и церия. Указанный люминофор получен методом снижения температуры из высокотемпературного раствор-расплава исходных компонентов состава, мол.%: BaO:BaF2:B2O3:Li2O=24:22:34:20 с содержанием оксидов редкоземельных элементов, мас. %: 0,13-0,30 Eu2O3; 0,10-0,30 Tb2O3; 0,13-0,50 Ce2O3. При возбуждении полученного однофазного люминофора излучением в ультрафиолетовой области 300-370 нм при температуре 77-300 К обеспечивается многополосная люминесценция, близкая к белому свету. Изменяя содержание редкоземельных элементов, можно варьировать оттенки излучаемого белого света.The closest analogue is the invention described in patent RU 2784929 (class C 30 V 29/12, 12/01/2022) “Crystalline material for phosphors for white light LEDs.” The crystalline material is a phosphor based on fluoridoborate with an “antzeolite” structure of the general formula Ba12(BO3)6[BO3][LiF4], in the framework [Ba12(BO3)6]6+ of which barium ions are isomorphically replaced by ions of rare earth elements: europium, terbium and cerium. The specified phosphor was obtained by reducing the temperature from a high-temperature melt solution of the initial components of the composition, mol.%: BaO:BaF 2 :B 2 O 3 :Li 2 O=24:22:34:20 containing oxides of rare earth elements, wt. %: 0.13-0.30 Eu 2 O 3 ; 0.10-0.30 Tb 2 O 3 ; 0.13-0.50 Ce 2 O 3 . When the resulting single-phase phosphor is excited by radiation in the ultraviolet region of 300-370 nm at a temperature of 77-300 K, multiband luminescence close to white light is provided. By changing the content of rare earth elements, you can vary the shades of emitted white light.
Задачей настоящего изобретения было получение люминофора для составных светодиодов белого света на основе поликристаллов фторидобората LiBa12(BO3)7F4 (обозначенного далее как LBBF), легированного Eu3+, который при возбуждении излучением ближней ультрафиолетовой области обеспечивает красное свечение с высоким квантовым выходом. Из уровня техники использование данных поликристаллов в качестве красных люминофоров выявлено не было.The objective of the present invention was to obtain a phosphor for composite white light LEDs based on polycrystals of LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 fluoride borate (hereinafter referred to as LBBF), doped with Eu 3+ , which, when excited by near-ultraviolet radiation, provides a red glow with a high quantum yield . The use of these polycrystals as red phosphors has not been identified from the prior art.
На фиг. 1 представлены спектры фотолюминесценции образцов LBBF с содержанием Eu3 0,5, 2 и 4 мас.% + при возбуждении на длине волны 395 нм при 300 К. Измерения проведены с помощью спектрофлуориметра Fluorolog 3 (Horiba Jobin Yvon). Вышеуказанные спектры ФЛ состоят из слабого излучения, соответствующего переходу 5D0→7F0 (579 нм), и относительно сильных широких полос, соответствующих переходам 5D0→7F1, 5D0→7F2, 5D0→7F3 (Фиг. 1). Среди перечисленных выше переходы 5D0→7F0 в области 595 нм и 5D0→7F2 в области 617 нм наиболее чувствительны к позиционной симметрии [Santosh, K. G. «Eu3+ local site analysis and emission characteristics of novel Nd2Zr2O7:Eu phosphor: insight into the effect of europium concentration on its photoluminescence properties» - RSC Adv., 2016, 6, 53614]. Наблюдаемое уширение пиков для этих переходов обусловлено различной координацией ионов Eu3+ в структуре. В структуре существует 4 кристаллографически неэквивалентных позиции бария: Ba1, Ba2, Ba3 и Ba4, координированных 9, 10, 11 и 8 атомами лигандов (кислород и фтор), соответственно. Относительная интенсивность наиболее интенсивного перехода 5D0→7F2 ионов Eu3+ для образцов LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ с содержанием Eu3+ 0,1, 0,5, 2 и 4 мас.% составляет 3,5·10-4, 0,09, 0,29 и 1, соответственно, различаясь по интенсивности почти на четыре порядка.In fig. Figure 1 shows the photoluminescence spectra of LBBF samples with Eu 3 contents of 0.5, 2 and 4 wt.% + when excited at a wavelength of 395 nm at 300 K. Measurements were carried out using a Fluorolog 3 spectrofluorimeter (Horiba Jobin Yvon). The above PL spectra consist of weak emission corresponding to the transition 5 D 0 → 7 F 0 (579 nm), and relatively strong broad bands corresponding to the transitions 5 D 0 → 7 F 1 , 5 D 0 → 7 F 2 , 5 D 0 → 7 F 3 (Fig. 1). Among the transitions listed above, 5 D 0 → 7 F 0 in the region of 595 nm and 5 D 0 → 7 F 2 in the region of 617 nm are the most sensitive to positional symmetry [Santosh, KG “Eu 3+ local site analysis and emission characteristics of novel Nd 2 Zr 2 O 7 :Eu phosphor: insight into the effect of europium concentration on its photoluminescence properties" - RSC Adv., 2016, 6, 53614]. The observed broadening of the peaks for these transitions is due to different coordination of Eu 3+ ions in the structure. There are 4 crystallographically nonequivalent barium positions in the structure: Ba1, Ba2, Ba3 and Ba4, coordinated by 9, 10, 11 and 8 ligand atoms (oxygen and fluorine), respectively. Relative intensity of the most intense transition 5 D 0 → 7 F 2 of Eu 3+ ions for LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 :Eu 3+ samples with Eu 3+ content of 0.1, 0.5, 2 and 4 wt.% is 3.5·10 -4 , 0.09, 0.29 and 1, respectively, differing in intensity by almost four orders of magnitude.
В зависимости от концентрации Eu3+ в образцах LBBF координаты цветности, измеренные при 300 К, изменяются (Таблица 1), однако не выходят за пределы красной области.Depending on the concentration of Eu 3+ in LBBF samples, the chromaticity coordinates measured at 300 K change (Table 1), but do not go beyond the red region.
На фиг. 2 представлены рентгенограммы нелегированного образца LiBa12(BO3)7F4 и образцов LBBF с содержанием Eu3+ 0,1, 0,5, 2 и 4 мас.% . Измерения проведены на дифрактометре ДРОН 8, излучение CuKα (1.5418 Å), детектор Mythen2 R1. Видно, что область гомогенности твердого раствора LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ соответствует не менее чем 2 мас.% Eu3+. Рентгенограмма образца LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ с содержанием Eu3+ 4 мас.% содержит рефлексы дополнительных фаз.In fig. Figure 2 shows X-ray diffraction patterns of an undoped LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 sample and LBBF samples with Eu 3+ contents of 0.1, 0.5, 2 and 4 wt.%. The measurements were carried out on a DRON 8 diffractometer, CuKα radiation (1.5418 Å), Mythen2 R1 detector. It can be seen that the homogeneity region of the LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 :Eu 3+ solid solution corresponds to no less than 2 wt.% Eu 3+ . The X-ray diffraction pattern of the LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 :Eu 3+ sample with a Eu 3+ content of 4 wt.% contains reflections of additional phases.
Квантовый выход измеряли с помощью интегрирующей сферы со спектральным покрытием G8 (GMP SA, Швейцария), соединенной со спектрофлуориметром Fluorolog 3. Значения квантового выхода ФЛ для образцов LBBF с содержанием Eu3+ 0,5, 2 и 4 мас.% приведены на фиг. 3 и составляют 63, 60 и 4 %, соответственно. Для образца с содержанием Eu3+ 0,1 мас.% квантовый выход зарегистрировать не удалось.The quantum yield was measured using a G8 spectral coated integrating sphere (GMP SA, Switzerland) connected to a Fluorolog 3 spectrofluorimeter. The PL quantum yield values for LBBF samples containing 0.5, 2 and 4 wt% Eu 3+ are shown in Figs. 3 and are 63, 60 and 4%, respectively. For a sample with a Eu 3+ content of 0.1 wt.%, the quantum yield could not be detected.
Таким образом, изоморфное замещение ионов бария в кристаллической структуре фторидобората LiBa12(BO3)7F4 ионами трехвалентного европия в концентрациях 0,1-2,0 мас.%, обеспечивает при возбуждении на длине волны 395 нм красное свечение с квантовым выходом 60-63 % и фотолюминесценцию с координатами цветности CIE и коррелированной цветовой температурой от (0,630; 0,374), 1947 K до (0,647; 0,374), 2072 К.Thus, the isomorphic replacement of barium ions in the crystal structure of fluoride borate LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 with trivalent europium ions in concentrations of 0.1-2.0 wt.% provides, upon excitation at a wavelength of 395 nm, a red glow with a quantum yield of 60 -63% and photoluminescence with CIE chromaticity coordinates and correlated color temperature from (0.630; 0.374), 1947 K to (0.647; 0.374), 2072 K.
Фторидобораты LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ получали методом твердофазного синтеза из смеси соединений BaCO3, BaF2, Li2CO3, HBO2, взятых в стехиометрических пропорциях, и Eu2O3, добавленного в таком количестве, чтобы обеспечить содержание Eu 0,5-2,0 мас.% в составе конечного продукта. Твердофазный синтез проводили трехстадийным нагреванием смеси в атмосфере воздуха в интервале температур 465-825°C и выдержкой при конечной температуре не менее 48 ч.Fluoroborates LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 :Eu 3+ were obtained by solid-phase synthesis from a mixture of compounds BaCO 3 , BaF 2 , Li 2 CO 3 , HBO 2 taken in stoichiometric proportions, and Eu 2 O 3 added in such quantities to ensure a Eu content of 0.5-2.0 wt.% in the composition of the final product. Solid-phase synthesis was carried out by three-stage heating of the mixture in an air atmosphere in the temperature range 465-825°C and holding at the final temperature for at least 48 hours.
В отличие от способа получения люминофора, содержащего ионы Eu2+, по методике, предложенной в работе [Ding X., Wang Y. «Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties» - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V.9(28), P. 23983-23994], легирование кристаллов LiBa12(BO3)7F4 ионами Eu3+ не требует восстановительной атмосферы при проведении твердофазного синтеза. В предлагаемом техническом решении синтез красного люминофора на основе LiBa12(BO3)7F4 может быть проведен в более мягких условиях и в воздушной атмосфере. Кроме того, люминофор LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ с содержанием европия 0,5-2,0 мас.% характеризуется более высоким квантовым выходом, более чем в два раза превышающим квантовый выход наиболее эффективного образца, легированного ионами двухвалентого европия, описанного в работе [Ding X., Wang Y. «Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties» - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V.9(28), P. 23983-23994].In contrast to the method for producing a phosphor containing Eu ions2+, according to the method proposed in [Ding X., Wang Y. "Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties" - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V.9(28), P. 23983-23994], doping of LiBa crystals12(BO3)7F4 Eu ions3+ does not require a reducing atmosphere when performing solid-phase synthesis. The proposed technical solution involves the synthesis of red phosphor based on LiBa12(BO3)7F4 can be carried out in milder conditions and in an air atmosphere. In addition, the LiBa phosphor12(BO3)7F4:Eu3+ with a europium content of 0.5-2.0 wt.% is characterized by a higher quantum yield, more than twice the quantum yield of the most effective sample doped with divalent europium ions, described in [Ding X., Wang Y. "Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa2+(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties" - ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, V.9(28), P. 23983-23994].
Далее приведены примеры получения поликристаллов фторидобората LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ с разным содержанием европия.The following are examples of the preparation of fluoride borate polycrystals LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 :Eu 3+ with different europium contents.
Пример 1.Example 1.
Поликристаллы LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ с содержанием европия 0,5 мас.% получали из смеси реактивов BaCO3, BaF2, Li2CO3, HBO2, взятых в стехиометрических пропорциях, и Eu2O3. Исходная навеска содержала: BaCO3 - 2,30 г, BaF2 - 0,41 г, HBO2 - 0,45 г, Li2CO3 - 0,04 г, Eu2O3 - 0,028 г. Твердофазный синтез проводили в платиновом тигле в стандартной электропечи сопротивления. Образец отжигали на воздухе в три ступени: 465 °C в течение 0,5 ч, 700 °C - 48 ч, 815 °C - 50 ч.LiBa polycrystals12(BO3)7F4:Eu3+with europium content 0.5 wt.% prepared from a mixture of BaCO reagents3, BaF2, Li2CO3, HBO2, taken in stoichiometric proportions, and Eu2O3. The initial sample contained: BaCO3- 2.30 g, BaF2- 0.41 g, HBO2- 0.45 g, Li2CO3- 0.04 g, Eu2O3- 0.028 g. Solid-phase synthesis was carried out in a platinum crucible in a standard electric resistance furnace. The sample was annealed in air in three stages: 465 °C for 0.5 hours, 700 °C for 48 hours, 815 °C for 50 hours.
Изоморфное вхождение европия в структуру LBBF в концентрации 0.5 мас.% подтверждается однофазностью полученного образца (Фиг. 2). Наблюдаемые в спектре фотолюминесценции переходы (Фиг. 1) типичны для матриц, легированных ионами европия в трехвалентном состоянии [Lemański K. et al «Luminescent properties of Eu3+ ions in CaB6O10 polycrystals» - J. Lumin. 2015, 159, 219-222]. Уширение пиков связано с вхождением европия в позиции бария с различной координацией. Координаты CIE соответствуют (0,630; 0,374). Квантовый выход ФЛ составил 63%.Isomorphic occurrence of europium in the LBBF structure at a concentration of 0.5 wt.% is confirmed by the single-phase nature of the resulting sample (Fig. 2). The transitions observed in the photoluminescence spectrum (Fig. 1) are typical for matrices doped with europium ions in the trivalent state [Lemański K. et al “Luminescent properties of Eu3+ ions in CaB6O10 polycrystals" - J. Lumin. 2015, 159, 219-222]. The broadening of the peaks is associated with the entry of europium into barium positions with different coordination. The CIE coordinates correspond to (0.630; 0.374). The PL quantum yield was 63%.
Пример 2.Example 2.
Поликристаллы LiBa12(BO3)7F4:Eu3+ с содержанием европия 2,0 мас.% получали из смеси реактивов BaCO3, BaF2, Li2CO3, HBO2, взятых в стехиометрических пропорциях, и Eu2O3. Исходная навеска содержала: BaCO3 - 2,30 г, BaF2 - 0,41 г, HBO2 - 0,45 г, Li2CO3 - 0,04 г, Eu2O3 - 0,11 г. Твердофазный синтез проводили в платиновом тигле в стандартной электропечи сопротивления. Образец отжигали на воздухе в три ступени: 500 °C в течение 0.5 ч, 750 °C - 48 ч, 825 °C - 48 ч.Polycrystals of LiBa 12 (BO 3 ) 7 F 4 :Eu 3+ with a europium content of 2.0 wt.% were obtained from a mixture of reagents BaCO 3 , BaF 2 , Li 2 CO 3 , HBO 2 taken in stoichiometric proportions, and Eu 2 O 3 . The initial sample contained: BaCO 3 - 2.30 g, BaF 2 - 0.41 g, HBO 2 - 0.45 g, Li 2 CO 3 - 0.04 g, Eu 2 O 3 - 0.11 g. Solid-phase synthesis carried out in a platinum crucible in a standard electric resistance furnace. The sample was annealed in air in three stages: 500 °C for 0.5 h, 750 °C for 48 h, 825 °C for 48 h.
Изоморфное вхождение европия в структуру LBBF в концентрации 2 отжигали на воздухе в три ступени: подтверждается однофазностью полученного образца (Фиг. 2). Наблюдаемые в спектре фотолюминесценции переходы (Фиг. 1) типичны для матриц, легированных ионами европия в трехвалентном состоянии [Lemański, K. et al. Luminescent properties of Eu3+ ions in CaB6O10 polycrystals. J. Lumin. 2015, 159, 219-222]. Уширение пиков связано с вхождением европия в позиции бария с различной координацией. Координаты CIE соответствуют (0,647; 0,374). Квантовый выход ФЛ составил 60%.Isomorphic occurrence of europium in the LBBF structure at a concentration of 2, they were annealed in air in three stages: this is confirmed by the single-phase nature of the resulting sample (Fig. 2). The transitions observed in the photoluminescence spectrum (Figure 1) are typical for matrices doped with europium ions in the trivalent state [Lemański, K. et al. Luminescent properties of Eu3+ ions in CaB6O10 polycrystals. J. Lumin. 2015, 159, 219-222]. The broadening of the peaks is associated with the inclusion of europium in barium positions with different coordination. The CIE coordinates correspond to (0.647; 0.374). The PL quantum yield was 60%.
Claims (2)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2807809C1 true RU2807809C1 (en) | 2023-11-21 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615691C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | MATERIAL FOR DICHROIC LIGHT POLARIZATION - CRYSTAL LiBa12 (BO3)7F4 |
RU2689596C1 (en) * | 2018-08-15 | 2019-05-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Dichroic material - fluoroborate with anti-zeolitic structure |
RU2784929C1 (en) * | 2022-06-10 | 2022-12-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Crystal material for phosphors for white light leds |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2615691C1 (en) * | 2016-05-20 | 2017-04-06 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | MATERIAL FOR DICHROIC LIGHT POLARIZATION - CRYSTAL LiBa12 (BO3)7F4 |
RU2689596C1 (en) * | 2018-08-15 | 2019-05-28 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт геологии и минералогии им. В.С. Соболева Сибирского отделения Российской академии наук (Институт геологии и минералогии СО РАН, ИГМ СО РАН) | Dichroic material - fluoroborate with anti-zeolitic structure |
RU2784929C1 (en) * | 2022-06-10 | 2022-12-01 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Новосибирский национальный исследовательский государственный университет" (Новосибирский государственный университет, НГУ) | Crystal material for phosphors for white light leds |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
XIN DING, YUHUA WANG, Commendable Eu2+-Doped Oxide-Matrix-Based LiBa12(BO3)7F4 Red Broad Emission Phosphor Excited by NUV Light: Electronic and Crystal Structures, Luminescence Properties, ACS Appl. Mater. Interfaces, 2017, v. 9, p.p. 23983-23994. E.A. SIMONOVA et al. Nd3+ and Pr3+ doped anti-zeolite matrix-LiBa12(BO3)7F4: Crystal structures, luminescence properties, Mater. Chem. and Phys., 2020, v. 247. TATYANA B. BEKKER et al. Experimental and Ab Initio Studies of Intrinsic Defects in "Antizeolite" Borates with a Ba12(BO3)66+ Framework and Their Influence on Properties, ASC Publications, 2020, v. 59, no.18, p.p. 13598-13606. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11697765B2 (en) | Phosphor and light-emitting equipment using phosphor | |
Fu et al. | Preparation, structural and optical characteristics of a deep red-emitting Mg2Al4Si5O18: Mn4+ phosphor for warm w-LEDs | |
Dierre et al. | Blue emission of Ce3+ in lanthanide silicon oxynitride phosphors | |
US9153754B2 (en) | Light emitting diode (LED) red fluorescent material and lighting device having the same | |
CN112457848B (en) | Narrow-band blue light fluorescent powder and preparation method and application thereof | |
Li et al. | Atmospheric pressure preparation of red-emitting CaAlSiN3: Eu2+ phosphors with variable fluxes and their photoluminescence properties | |
CN111234814B (en) | Mn (manganese)4+Doped nitrogen oxide red fluorescent powder and preparation method thereof | |
Huang et al. | Novel Eu2+-activated yellow-emitting Sr8MgLu (PO4) 7 phosphors for white-light near-ultraviolet LEDs | |
KR20110085490A (en) | Oxynitride phospors and light emitting device using the same | |
EP3015530B1 (en) | Fluorescent powder and light emitting apparatus comprising same | |
CN112625683A (en) | Germanate type red fluorescent powder and preparation method thereof | |
EP2009078A1 (en) | Ce3+, Eu2+ -activated alkaline earth silicon nitride phosphors | |
US10093854B2 (en) | Phosphor and light emitting device | |
Wang et al. | Luminescence properties and Judd–Ofelt analysis of Tb 3+ doped Sr 2 YTaO 6 double perovskite phosphors for white LED applications | |
RU2807809C1 (en) | Red phosphor for composite white light leds based on fluoride borate polycrystals and method for its preparation | |
CN109943324B (en) | Ultra-wide white fluorescent material, preparation method and application thereof, and lighting apparatus | |
RU2784929C1 (en) | Crystal material for phosphors for white light leds | |
KR100537725B1 (en) | Ce3+ - doped yellow emitting phosphor of a3b2c3o12 structure | |
JP2017222868A (en) | Terbium-containing aluminate-based yellowish green to yellow light-emitting fluophor | |
KR20130057157A (en) | Oxinitride phosphor and light emitting device comprising the same | |
Khan et al. | Novel single-phase full-color emitting BaLuSiO: Ce/Mn/Tb phosphors for white LED applications. | |
KR100540013B1 (en) | Ce3+ - doped yellow emitting phosphor of a3b2c3o12 structure | |
CN117701279A (en) | Blue fluorescent material for ultraviolet excitation type sunlight LED, and preparation method and application thereof | |
Eu | Materials Express |