Светоизлучающее устройство - RU2359362C2

Чертежи

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к светоизлучающим устройствам и более конкретно к светоизлучающим устройствам, включающим в себя, по меньшей мере, один светодиод и люминофор, причем люминофор включает в себя химические соединения, легированные свинцом и/или медью и преобразующие длину волны света.

Уровень техники

Светодиоды (СИД, LED), которые обычно используют в электронных устройствах, теперь используют в автомобилях и в изделиях для освещения. Поскольку светодиоды обладают исключительными электрическими и механическими характеристиками, требования к светоизлучающим устройствам были повышены. В связи с этим повышается интерес к белым светодиодам, используемым в качестве альтернативы люминесцентным лампам и лампам накаливания.

В технологии светодиодов предложено множество различных решений реализации белого света. Обычно реализация технологии светодиода основана на нанесении люминофора на светодиод и получения смеси первичного излучения светодиода и вторичного излучения люминофора, который преобразует длину волны. Например, как представлено в WO 98/05078 и WO 98/12757, если использовать светодиод синего цвета, который излучает с пиком на длине волны 450-490 нм, и материал из группы YAG (алюмоиттриевый гранат, АИГ), который поглощает свет диода, излучающего синим цветом, и выделяет желтоватый (в основном) свет, который может иметь отличающуюся длину волны от длин волны поглощенного света

Однако в таком обычном белом светодиоде диапазон цветовой температуры узок и составляет приблизительно 6000-8000К, и ИЦП (CRI, индекс цветопередачи) составляет приблизительно от 60 до 75. Поэтому трудно получить белый светодиод с координацией цветов и цветовой температурой, аналогичными видимому свету. Это является одной из причин, почему может быть реализован только белый цвет с холодным оттенком. Кроме того, люминофоры, которые используются в белых светодиодах, обычно нестабильны в воде, в присутствии паров или полярных растворителей, и такая нестабильность может привести к изменению характеристики излучения белого светодиода.

Раскрытие сущности изобретения

Техническая проблема

В соответствии с этим настоящее изобретение предложено для решения указанных выше проблем предшествующего уровня техники. Цель настоящего изобретения состоит в получении светоизлучающего устройства, позволяющего обеспечить широкий диапазон цветовой температуры от приблизительно 2000 К до приблизительно 8000 К или приблизительно 10000 К, и/или индекс цветопередачи больше приблизительно 90.

Другая цель настоящего изобретения состоит в создании светоизлучающего устройства, в котором могут быть легко воплощены требуемая цветовая температура или конкретная координация цветов.

Дополнительная цель настоящего изобретение состоит в создании светоизлучающего устройства с улучшенными люминесцентными свойствами, а также улучшенной стабильностью к воздействию воды, влажности и другим полярным растворителям.

Техническое решение

Предложено светоизлучающее устройство с преобразованием длины волны. В одном варианте выполнения в соответствии с данным изобретением предложено устройство, предназначенное для излучения света. Это устройство может включать в себя подложку, множество электродов, предусмотренных на подложке, светодиод, выполненный с возможностью излучать свет, причем светодиод установлен на одном из множества электродов, люминофоры, выполненные с возможностью изменения длины волны света, причем эти люминофоры, по существу, покрывают, по меньшей мере, участок светодиода, и электропроводное устройство, выполненное с возможностью подключения светодиода к другому из множества электродов.

В другом варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением светоизлучающее устройство может включать в себя множество выводов, держатель диода, предусмотренный на одном конце одного из множества выводов, светодиод, предусмотренный на держателе диода, причем светодиод включает в себя множество электродов, люминофоры, выполненные с возможностью изменения длины волны света, причем эти люминофоры, по существу, покрывают, по меньшей мере, участок светодиода; и электропроводное устройство, выполненное с возможностью соединения светоизлучающего устройства с другим из множества выводов.

В другом варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением светоизлучающее устройство может включать в себя корпус, теплоотвод, по меньшей мере, частично предусмотренный в корпусе, множество рамок вывода, предусмотренных на теплоотводе, причем светодиод установлен на одной из множества рамок вывода, люминофоры, выполненные с возможностью изменения длины волны света, причем люминофоры, по существу, покрывают, по меньшей мере, участок светодиода, и электропроводное устройство, выполненное с возможностью соединения светодиода с другой из множества рамок вывода.

Люминофор в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя соединения типа алюмината, силикаты, легированные свинцом и/или медью, антимонаты, легированные свинцом и/или медью, германаты, легированные свинцом и/или медью, германато-силикаты, легированные свинцом и/или медью, фосфаты, легированные свинцом и/или медью, или любую их комбинацию. Также предусмотрены формулы состава люминофоров, соответствующих настоящему изобретению.

Краткое описание чертежей

Другие аспекты изобретения могут быть очевидны при рассмотрении следующего подробного описания совместно с прилагаемыми чертежами, на которых одинаковыми номерами ссылочных позиций обозначены одинаковые детали и на которых:

на фиг.1 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства, выполненного в корпусе типа микросхемы в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.2 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства, выполненного в корпусе с установкой сверху в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.3 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства, выполненного в корпусе типа лампы в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.4 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства высокой мощности в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.5 показан вид сбоку в разрезе другого варианта выполнения части светоизлучающего устройства высокой мощности в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.6 показан спектр излучения светоизлучающего устройства с люминесцентным материалом, в соответствии с настоящим изобретением;

на фиг.7 показан спектр излучения светоизлучающего устройства с люминесцентным материалом в соответствии с другим вариантом выполнения изобретения.

Подробное описание изобретения

Ниже подробно поясняется светоизлучающее устройство с преобразованием длины волны со ссылкой на прилагаемые чертежи, и это светоизлучающее устройство и люминофор поясняются отдельно для упрощения приведенного ниже пояснения.

(Светоизлучающее устройство)

На фиг.1 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства в корпусе типа микросхемы в соответствии с настоящим изобретением. Светоизлучающее устройство в корпусе типа микросхемы может содержать, по меньшей мере, один светодиод и фосфоресцирующее вещество. Электроды 5 могут быть сформированы с обеих сторон подложки 1. Светодиод 6, излучающий свет, может быть установлен на одном из электродов 5. Светодиод 6 может быть установлен на электроде 5 с использованием электропроводной пасты 9. Электрод светодиода 6 может быть соединен со структурой 5 электрода через электропроводный провод 2.

Светодиоды могут излучать свет в широком диапазоне длин волн, например от ультрафиолетового до видимого света. В одном варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением можно использовать ультрафиолетовый светодиод и/или синий светодиод.

Люминофор, то есть фосфоресцирующее вещество 3, может быть помещено на верхней и боковых сторонах светодиода 6. Люминофор в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя соединение типа алюмината, легированного свинцом и/или медью, силикатов, легированных свинцом и/или медью, антимонатов, легированных свинцом и/или медью, германатов, легированных свинцом и/или медью, медью германато-силикатов, легированных свинцом и/или медью, фосфатов, легированных свинцом и/или медью, и любые их комбинации. Люминофор 3 преобразует длину волны света светодиода 6 в другую длину волны или в другие длины волн. В одном варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением свет после преобразования представляет собой свет видимого диапазона. Люминофор 3 может быть нанесен на светодиод 6 после смешения люминофора 3 с отвердевающей смолой. Отвердевающая смола, включающая в себя люминофор 3, также может быть нанесена с нижней стороны светодиода 6 после смешения люминофора 3 с электропроводной пастой 9.

Светодиод 6, установленный на подложке 1, может быть герметизирован с использованием одного или больше герметизирующих материалов 10. Люминофор 3 может быть размещен на верхней или на боковых сторонах светодиода 6. Люминофор 3 также может быть распределен в отвердевающем герметизирующем материале во время производства. Такой способ производства описан в патенте США номер 6482664, который приведен здесь полностью в качестве ссылочного материала.

Люминофор 3 может содержать химическое соединение (соединения), легированное свинцом и/или медью. Люминофор 3 может включать в себя одно или больше отдельных химических соединений. Одно соединение может иметь пик эмиссии в диапазоне, например, от приблизительно 440 нм до приблизительно 500 нм, от приблизительно 500 нм до приблизительно 590 нм или от приблизительно 580 нм до 700 нм. Люминофор 3 может включать в себя один или больше отдельных люминофоров, которые могут иметь пик эмиссии, представленный выше в качестве примера.

Что касается светоизлучающего устройства 40, светодиод 6 может излучать основной свет, когда на светодиод 6 подают энергию от источника питания. Первичный свет затем может стимулировать люминофор (люминофоры) 3, и люминофор (люминофоры) 3 может преобразовывать первичный свет в свет с более длинной длиной (длинами) волны (вторичный свет). Первичный свет светодиода 6 и вторичный свет люминофоров 3 рассеиваются и смешиваются вместе, в результате чего заданный цвет света в видимом спектре может излучаться светодиодом 6. В одном из вариантов выполнения в соответствии с настоящим изобретением несколько светодиодов, которые имеют разные пики эмиссии, могут быть установлены вместе. Кроме того, если соотношение смешивания люминофоров будет правильно подобрано, можно обеспечить определенный цвет излучаемого света, цветовую температуру и ИЦП.

Как описано выше, если светодиод 6 и соединение, включенное в люминофор 3, будут правильно подобраны, тогда можно обеспечить требуемую цветовую температуру или определенную координацию цветов, особенно широкий диапазон цветовой температуры в пределах, например, от приблизительно 2000 К до приблизительно 8000 К или приблизительно 10000 К, и/или индекс цветопередачи больше чем приблизительно 90. Поэтому светоизлучающие устройства в соответствии с настоящим изобретением можно использовать в таких электронных устройствах, как бытовые приборы, стереоустановки, устройства передачи данных и внутренние/внешние специализированные дисплеи. Светоизлучающие устройства в соответствии с настоящим изобретением также можно использовать в автомобилях и в изделиях для освещения, поскольку они обеспечивают цветовую температуру и ИЦП, аналогичные видимому свету.

На фиг.2 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства в корпусе с верхней установкой в соответствии с настоящим изобретением. Светоизлучающее устройство в корпусе с верхней установкой в соответствии с данным вариантом выполнения может иметь конструкцию, аналогичную светоизлучающему устройству 40 в корпусе типа микросхемы, показанному на фиг.1. Устройство в корпусе с установкой сверху может иметь отражатель 31, который может отражать свет от светодиода 6 с требуемым направлением.

В светоизлучающем устройстве 50 в корпусе с установкой сверху может быть установлено несколько светодиодов. Каждый из таких светодиодов может иметь пик на длине волны, отличающейся от других. Люминофор 3 может содержать множество отдельных соединений с разными пиками эмиссии. Пропорция каждого из такого множества соединений может быть регулируемой. Такой люминофор может быть нанесен на светодиод и/или может быть равномерно распределен в отвердевающем материале отражателя 31. Как более подробно описано ниже, люминофор в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя соединение типа алюмината легированного свинцом и/или медью, силикаты, легированные свинцом и/или медью, антимонаты, легированные свинцом и/или медью, германаты, легированные свинцом и/или медью, германато-силикаты, легированные свинцом и/или медью, фосфаты, легированные свинцом и/или медью, или любые их комбинаций.

В одном варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением светоизлучающее устройство по фиг.1 или фиг.2 может включать в себя металлическую подложку, которая может обладать хорошей теплопроводностью. Такое светоизлучающее устройство может легко рассеивать тепло от светодиода. Это позволяет изготовлять светоизлучающие устройства с большой мощностью. Если теплоотвод будет установлен под металлической подложкой, тепло от светодиода будет более эффективно рассеиваться.

На фиг.3 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства в корпусе типа лампы в соответствии с настоящим изобретением. Светоизлучающее устройство 60 в корпусе типа лампы может иметь пару выводов 51, 52, и держатель 53 диода может быть сформирован на конце одного из выводов. Держатель 53 диода может иметь форму чашки, и один или больше светодиодов 6 могут быть установлены в держателе 53 диода. Когда несколько светодиодов установлены в держателе 53 диода, каждый из них может иметь значение длины волны пика, отличающееся от других. Электрод светодиода 6 может быть соединен с выводом 52, например, с использованием электропроводного провода 2.

Требуемый объем люминофора 3, который может быть подмешан в эпоксидную смолу, может быть помещен в держатель 53 диода. Как более полно поясняется ниже, люминофор 3 может включать компоненты, легированные свинцом и/или медью.

Кроме того, держатель диода может включать светодиод 6 и люминофор 3, которые могут быть герметизированы отвердевающим материалом, таким как эпоксидная смола или кремнийорганическая смола.

В одном варианте выполнения в соответствии с настоящим изобретением светоизлучающее устройство в корпусе типа лампы может иметь более чем одну пару выводов электродов.

На фиг.4 показан вид сбоку в разрезе варианта выполнения части светоизлучающего устройства большой мощности в соответствии с данным изобретением. В корпусе 73 светоизлучающего устройства 70 большой мощности может быть предусмотрен теплоотвод 71, и он может быть частично выведен наружу. Пара рамок 74 вывода может выступать из корпуса 73.

Один или больше светодиодов могут быть установлены на одной рамке 74 вывода, и электрод светодиода 6 и другая рамка 74 вывода могут быть соединены через электропроводный провод. Электропроводная пластина 9 может быть предусмотрена между светодиодом 6 и рамкой 74 вывода. Люминофор 3 может быть помещен на верхней и боковых сторонах светодиода 6.

На фиг.5 показан вид сбоку в разрезе другого варианта выполнения части светоизлучающего устройства большой мощности в соответствии с настоящим изобретением.

Светоизлучающее устройство 80 большой мощности может иметь корпус 63, который может содержать светодиоды 6, 7, люминофор 3, расположенный на верхней и боковых сторонах светодиодов 6, 7, и один или больше теплоотводов 61, 62, и одну или больше рамок 64 вывода. Питание к рамкам 64 вывода может быть подведено от источника питания, и они могут выступать наружу из корпуса 63.

В светоизлучающих устройствах 70, 80 большой мощности показанных на фиг.4 и 5, люминофор 3 может быть добавлен к пасте, которая может быть нанесена между теплоотводом и светоизлучающими устройствами. Линза может быть объединена с корпусом 63, 73.

В светоизлучающем устройстве большой мощности в соответствии с настоящим изобретением один или больше светодиодов могут использоваться избирательно, и люминофор можно регулировать в соответствии со светодиодом. Как более полно поясняется ниже, люминофор может включать компоненты, легированные свинцом и/или медью.

Светоизлучающее устройство большой мощности в соответствии с настоящим изобретением может иметь радиатор (не показан) и/или теплоотвод (теплоотводы). Воздух или вентилятор можно использовать для охлаждения радиатора.

Светоизлучающее устройство в соответствии с настоящим изобретением не ограничивается структурами, описанными выше, и эти структуры могут быть модифицированы в зависимости от характеристик светоизлучающих устройств, люминофора, длины волны света, а также варианта применения. Кроме того, новые детали могут быть добавлены в структуру.

Может быть представлен следующий пример люминофора в соответствии с настоящим изобретением.

(Люминофор)

Люминофор в соответствии с настоящим изобретением может включать в себя химические соединения, легированные свинцом и/или медью. Люминофор может возбуждаться ультрафиолетовым и/или видимым светом, например синим светом. Соединение может включать в себя соединение типа алюмината, силиката, антимоната, германата, германато-силиката или фосфата.

Соединения типа алюмината могут содержать соединения, имеющие формулу (1), (2) и/или (5)

в которой М′ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М′′ может представлять собой один или больше одновалентных элементов, например Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М³ может представлять собой один или больше двухвалентных элементов, например Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М⁴ может представлять собой один или больше трехвалентных элементов, например Sc, В, Ga, In и/или любую их комбинацию; М⁵ может представлять собой Si, Ge, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Та, W, Mo и/или любую их комбинацию; М⁶ может представлять собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и/или любую их комбинацию; X может представлять собой F, Cl, Br, J и/или любую их комбинацию; 0<а≤2; 0≤b≤2; 0≤с≤2; 0≤d≤8; 0≤е≤4; 0≤f≤3; 0≤g≤8; 0

в которой М¹ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М²может представлять собой один или больше одновалентных элементов, например Li, Na, К, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М³ может представлять собой один или больше двухвалентных элементов, например Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М⁴ может представлять собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, In, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и любую их комбинацию; X может представлять собой F, Cl, Br, J и любую их комбинацию; 0

Приготовление люминесцентных материалов, легированных медью или свинцом, может представлять собой основную реакцию в твердой фазе. Можно использовать чистые исходные материалы без каких-либо примесей, например, железа. Любые исходные материалы, которые можно преобразовать в окислы через обработку нагревом, можно использовать для формирования люминофоров с доминирующим кислородом.

Примеры приготовления:

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (3)

Исходные материалы: CuO, SrCO₃, Al(OH)₃, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме оксидов, гидроокислов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с небольшим количеством флюса, например Н₃ВО₃. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема на первом этапе при температуре приблизительно 1200°С, приблизительно в течение одного часа. После перемалывания предварительно обожженных материалов выполняют второй этап обжига при температуре приблизительно 1450°С в разреженной атмосфере в течение приблизительно 4 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 494 нм (табл.1).

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (4)

Исходные материалы: PbO, SrCO₃, Al₂O₃, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме очень чистых оксидов, карбонатов и других компонентов, которые могут разлагаться под действием тепла на оксиды, могут быть смешаны в стехиометрической пропорции вместе с малыми количествами флюса, например Н₃ВО₃. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1200°С в течение приблизительно одного часа на воздухе. После перемалывания предварительно обожженных материалов выполняют второй этап отжига при приблизительно 1450°С на воздухе в течение приблизительно 2 часов и дополнительно в разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материала может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно от 494,5 нм (табл.2, 3).

Приготовление люминесцентного материала по формуле

в которой М¹ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М²может представлять собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М³может представлять собой В, Ga, В и/или любую их комбинацию; М⁴ может представлять собой Si, Ge, Ti, Zr, Hf и/или любую их комбинацию; М⁵ может представлять собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и/или любую их комбинацию; 0<а≤1; 0≤b≤2; 0≤с≤8; 0≤d≤1; 0≤е≤1; 0

Пример приготовления:

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (6)

Исходные материалы: CuO, SrCO₄, Al₂O₃, SiO₂, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме, например, чистых оксидов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса, например AlF₃. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1250°С в разреженной атмосфере в течение приблизительно 3 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 521,5 нм (табл.4).

Приготовление люминесцентного материала по формуле (7)

Исходные материалы: CuO, MgO, ВаСО₃, Al(OH)₃ Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме, например чистых оксидов, гидроокислов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрической пропорции с малым количеством флюса, например, AlF₃. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре, приблизительно 1420°С в разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 452 нм (табл.5).

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (8)

Исходные материалы: PbO, SrCO₃, Al(OH)₃, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме, например, чистых оксидов, гидроокислов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрической пропорции с малым количеством флюса, например H₃BO₃. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1000°С в течение приблизительно 2 часов на воздухе. После перемола предварительно обожженных материалов выполняют второй этап отжига при температуре приблизительно 1420°С на воздухе в течение приблизительно 1 часа и в разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 521 нм (табл.6).

Результаты, полученные для алюминатов, легированных медью и/или свинцом, показаны в табл.7.

Силикаты, легированные свинцом и/или медью по формуле (9)

в которой М¹ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М²может представлять собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М³может представлять собой Li, Na, К, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М⁴может представлять собой Al, Ga, В и/или любую их комбинацию; М⁵ может представлять собой Ge, V, Nb, Та, W, Mo, Ti, Zr, Hf и/или любую их комбинацию; М⁶ может представлять собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu и/или любую их комбинацию; X может представлять собой F, Cl, Br, J и любую их комбинацию; 0<а≤2; 0

Пример приготовления:

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (10)

Исходные материалы: CuO, SrCO₃, СаСО₃, SiO₂, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме чистых оксидов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса, например NH₄Cl. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1200°С в атмосфере инертного газа (например, N₂ или благородного газа) в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть перемолот. После этого материал может быть отожжен в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1200°С в несколько разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 592 нм (табл.8).

Приготовление люминесцентного материала по формуле (11)

Исходные материалы: CuO, ВаСО₃, ZnO, MgO, SiO₂, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме очень чистых оксидов и карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малыми количествами флюса, например NH₄Cl. На первом этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1100°С в разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть перемолот. После этого материал может быть отожжен в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1235°С в разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 467 нм (табл.9).

Приготовление люминесцентного материала по формуле (12)

Исходные материалы: PbO, SrCO₃, ВаСО₃, SiO₂, GeO₂, Eu₂O₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме оксидов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса, например NH₄Cl. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1000°С в течение приблизительно 2 часов на воздухе. После перемалывания предварительно обожженных материалов выполняют второй этап обжига при температуре 1220°С на воздухе в течение 4 часов, и после этого может следовать отжиг в разреженной атмосфере в течение 2 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 527 нм (табл.10).

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (13)

Исходные материалы: PbO, SrCO₃, SrCl₂, SiO₂, Eu₂O₃ и любая их комбинация.

Исходные материалы в форме оксидов, хлоридов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса, например NH₄Cl. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема на первом этапе при температуре приблизительно 1100°С в течение приблизительно 2 часов на воздухе. После перемалывания предварительно отожженных материалов может следовать второй этап отжига при температуре приблизительно 1220°С на воздухе в течение приблизительно 4 часов и в разреженной атмосфере в течение приблизительно 1 часа. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 492 нм (табл.11).

Результаты, полученные для силикатов, легированных медью и/или свинцом, показаны в табл.12.

С антимонатами, легированными свинцом и/или, медью по формуле (14)

в которой М¹ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М²может представлять собой Li, Na, К, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию;

М³может представлять собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М⁴может представлять собой Bi, Sn, Sc, Y, La, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Gd и/или любую их комбинацию; X может представлять собой F, CL, Br, J и/или любую их комбинацию; 0

Примеры приготовления:

Приготовление люминесцентного материала по формуле (15)

Исходные материалы: CuO, MgO, Li₂O, Sb₂O₅, MnCO₃ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме оксидов могут быть смешаны в стехиометрической пропорции вместе с малыми количествами флюса. На первом этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 985°С на воздухе в течение приблизительно 2 часов. После предварительного отжига материал может быть снова перемолот. На втором этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1200°С в атмосфере, содержащей кислород, в течение приблизительно 8 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 626 нм (табл.13).

Приготовление люминесцентного материала по формуле (16)

Исходные материалы: PbO, CaCO₃, SrCO₃, Sb₂O₅ и/или любая их комбинация.

Исходные материалы в форме оксидов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса. На первом этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 975°С на воздухе в течение приблизительно 2 часов. После предварительного отжига материалы могут быть снова перемолоты. На втором этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1175°С на воздухе в течение приблизительно 4 часов и затем в атмосфере, содержащей кислород, в течение приблизительно 4 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 637 нм (табл.14).

Результаты, полученные в отношении антимонатов, легированных медью и/или свинцом, показаны в табл.15.

Германаты и/или германаты-силикаты, легированные свинцом и/или медью, имеющие формулу(17)

в которой М¹ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М²может представлять собой Li, Na, К, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию;

М³может представлять собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd и/или любую их комбинацию; М⁴может представлять собой Sc, Y, В, Al, La, Ga, В и/или любую их комбинацию; М⁵ может представлять собой Si, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Та, W, Mo и/или любую их комбинацию; М⁶может представлять собой Bi, Sn, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy и/или любую их комбинацию; X может представлять собой F, CL, Br, J и/или любую их комбинацию; 0<а≤2; 0≤b≤2; 0≤с≤10; 0

Пример приготовления:

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (18)

Исходные материалы: PbO, CaCO₃, ZnO, GeO₂, SiO₂, MnCO₃ и/или любые их комбинации.

Исходные материалы в форме оксидов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса, например NH₄Cl. На первом этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1200°С в атмосфере, содержащей кислород, в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть снова перемолот.На втором этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1200°С в атмосфере, содержащей кислород, в течение приблизительно 2 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 655 нм (табл.16).

Приготовление люминесцентного материала по формуле (19)

Исходные материалы: CuO, SrCO₃, GeO₂, SiO₂, MnCO₃ и/или любые их комбинации.

Исходные материалы в форме оксидов и/или карбонатов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с небольшим количеством флюса, например,

NH₄Cl. На первом этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1100°С в атмосфере, содержащей кислород, в течение приблизительно 2 часов. Затем материал может быть снова перемолот. На втором этапе смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1180°С в атмосфере, содержащей кислород, в течение приблизительно 4 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Полученный в результате люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 658 нм (табл.17, 18).

Фосфаты, легированные свинцом и/или медью, имеющие формулу (20)

в которой М¹ может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М²может представлять собой Li, Na, К, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию;

М³может представлять собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М⁴может представлять собой Sc, Y, В, Al, La, Ga, In и/или любую их комбинацию; М⁵ может представлять собой Si, Ge, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, Вт, Mo и/или любую их комбинацию; М⁶может представлять собой Bi, Sn, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Ce, Tb и/или любую их комбинацию; X может представлять собой F, Cl, Br, J и/или любую их комбинацию; 0<а≤2; 0≤b≤12; 0≤c≤16; 0

Примеры приготовления:

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (21)

Исходные материалы: CuO, СаСО₃, Ca₃(PO₄)₂, CaCl₂, Eu₂O₃ и/или любые их комбинации.

Исходные материалы в форме оксидов, фосфатов и/или карбонатов и хлоридов могут быть смешаны в стехиометрических пропорциях вместе с малым количеством флюса. Смесь может быть отожжена в тигле из глинозема при температуре приблизительно 1240°С в разреженной атмосфере в течение приблизительно 2 часов. После этого материал может быть перемолот, промыт, высушен и просеян. Люминесцентный материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно 450 нм (табл.19, 20).

В то же время люминофор светоизлучающего устройства в соответствии с данным изобретением может содержать химическое соединение типа алюмината, силиката, антимоната, германата, фосфата и любую их комбинацию.

На фиг.6 представлен один из вариантов выполнения спектра эмиссии светоизлучающего устройства в соответствии с изобретением, в котором используется люминофор. В этом варианте выполнения используется светодиод с длиной волны излучения 405 нм и люминофор, который представляет собой смесь выбранного множества химических соединений в соответствующем соотношении. Люминофор может состоять из Cu_0,05BaMg_1,95Al₁₆O₂₇:Eu, который может иметь длину волны пика приблизительно 451 нм, Cu_0,03Sr_1,5Ca_0,47SiO₄:Eu, который может иметь длину волны пика 586 нм, Pb_0,006Ca_0,6Sr_0,394Sb₂O₆:Mn⁴⁺, может иметь длину волны пика приблизительно 637 нм, Pb_0,15Ba_1,84Zn_0,01Si_0,99Zr_0,01O₄:Eu, который может иметь длину волны пика приблизительно 512 нм, и Cu_0,2Sr_3,8Al₁₄O₂₅:Eu, который может иметь длину волны пика приблизительно 494 нм.

В таком варианте выполнения часть исходного света эмиссии светодиода с длиной волны приблизительно 405 нм поглощается люминофором и преобразуется в более длинную 2-ю длину волны. 1-й и 2-й свет смешивается вместе, и получается требуемая эмиссия. Как показано на фиг.6, светоизлучающее устройство преобразует 1-й ультрафиолетовый свет с длиной волны 405 нм в широкий спектральный диапазон видимого света, то есть белый свет, в данном случае цветовая температура составляет приблизительно 3000 К, и ИЦП составляет приблизительно от 90 до приблизительно 95.

На фиг.7 показан спектр эмиссии по другому варианту выполнения в соответствии с изобретением, в котором люминофор нанесен на светоизлучающее устройство. В этом варианте выполнения может использоваться светодиод с длиной волны излучения приблизительно 455 нм и люминофор, который представляет собой смесь выбранного множества химических соединений в соответствующем соотношении.

Люминофор состоит из Cu_0,05Sr_1,7Ca_0,25SiO₄:Eu, который может иметь длину волны пика приблизительно 592 нм, Pb_0,1Ba_0,95Sr_0,95Si_0,998Ge_0,002O₄:Eu, который может иметь длину волны пика приблизительно 527 нм, и Cu_0,05Li_0,002Sr_1,5Ba_0,448SiO₄:Gd, Eu, который может иметь длину волны пика приблизительно 557 нм.

В таком варианте выполнения часть исходного света эмиссии светодиода с длиной волны приблизительно 455 нм поглощается фосфором и преобразуется в более длинную 2-ю длину волны. 1-й и 2-й свет смешиваются вместе, и получается требуемая эмиссия. Как показано на фиг.7, светоизлучающее устройство преобразует 1-й синий свет с длиной волны приблизительно 455 нм в широкий спектральный диапазон видимого света, то есть белый свет, и при этом цветовая температура составляет приблизительно от 4000 К до приблизительно 6500К, и ИЦП составляет приблизительно от 86 до приблизительно 93.

Люминофор светоизлучающего устройства в соответствии с изобретением может быть нанесен в виде одного химического соединения или смеси из множества отдельных химических соединений, помимо вариантов выполнения, описанных выше со ссылкой на фиг.6 и фиг.7.

В соответствии с приведенным выше описанием может быть реализовано светоизлучающее устройство с широким диапазоном цветовой температуры приблизительно 2000 К, или приблизительно 8000К, или приблизительно 10000 К и исключительным индексом передачи цвета больше чем 90, используя химические соединения, легированные свинцом и/или медью, содержащие редкоземельные элементы.

Промышленная применимость

Такое светоизлучающее устройство с преобразованием длины волны можно применять в мобильном телефоне, в портативном компьютере и в электронных устройствах, таких как бытовые приборы, стереоаппаратура, изделия для передачи данных, но также для клавишной панели специализированных дисплеев и задней подсветки. Кроме того, его можно применять в автомобилях, медицинских инструментах и в осветительных изделиях.

В соответствии с изобретением также возможно обеспечить светоизлучающее устройство с преобразованием длины волны, обладающее стабильностью к воздействию воды, влажности, парам, а также к другим полярным растворителям.

В описанных выше вариантах выполнения различные свойства сгруппированы вместе в одном варианте выполнения с целью упорядочения описания. Этот способ раскрытия не следует интерпретировать как отражение требования большего количества свойств для заявленного изобретения, чем те свойства, которые явно выражены в каждом из пунктов формулы изобретения. Вместо этого, как отражено в следующей формуле изобретения, изобретательские аспекты описаны с использованием меньшего количества, чем все свойства одного приведенного выше, раскрытого варианта выполнения. Таким образом, следующая формула изобретения включена как составная часть в раздел Подробное описание изобретения, и при этом каждый пункт формулы изобретения описывает свой собственный отдельный предпочтительный вариант выполнения изобретения.

Реферат

Светоизлучающее устройство содержит, по меньшей мере, один светодиод, выполненный с возможностью излучения света, люминофор, выполненный с возможностью изменения длины волны света, причем люминофор, по существу, покрывает, по меньшей мере, участок светодиода, при этом люминофор включает в себя свинец и/или медь и редкоземельный элемент и/или другой люминесцентный ион. Люминофор может включать в себя соединения типа алюмината, силикатов, легированных свинцом и/или медью, антимонатов, легированных свинцом и/или медью, германатов, легированных свинцом и/или медью, германатов-силикатов, легированных свинцом и/или медью, фосфатов, легированных свинцом и/или медью, или любые их комбинации. Изобретение обеспечивает получение светоизлучающего устройства, позволяющего обеспечить широкий диапазон цветовой температуры от приблизительно 2000 К до приблизительно 8000 К или приблизительно 10000 К, и/или индекс цветопередачи больше приблизительно 90, а также создать светоизлучающие устройства с улучшенными люминесцентными свойствами, улучшенной стабильностью к воздействию воды, влажности и другим полярным растворителям. 19 з.п. ф-лы, 7 ил., 20 табл.

Формула

3. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (1)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag или любое их сочетание;
М³ представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Sc, В, Ga, In или любое их сочетание;
М⁵ представляет собой Si, Ge, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Та, W, Mo или любое их сочетание;
М⁶ представляет собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или любое их сочетание;
X представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤2;
0≤b≤2;
0≤с≤2;
0≤d≤8;
0≤е≤4;
0≤f≤3;
0≤g≤8;
01≤o≤2;
1≤p≤5;
1≤х≤2; и
1≤y≤5.

4. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (2)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag или любое их сочетание;
М³ представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, In, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или любое их сочетание;
X представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤4;
0≤b≤2;
0≤с≤2;
0≤d≤1;
0≤е≤1;
0≤f≤1;
0≤g≤1;
01≤x≤2; и
1≤y≤5.

5. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (5)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn или любое их сочетание;
М³ представляет собой В, Ga,In или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Si, Ge, Ti, Zr, Hf или любое их сочетание;
М⁵ представляет собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или любое их сочетание;
0<а≤1;
0≤b≤2;
0<с≤8;
0≤d≤1;
0≤е≤1;
01≤x≤2;и
1≤y≤5.

6. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (9)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn или любое их сочетание;
М³ представляет собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Al, Ga, In или любое их сочетание;
М⁵ представляет собой Ge, V, Nb, Та, W, Mo, Ti, Zr, Hf, или любое их сочетание;
М⁶ представляет собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu или любое их сочетание;
X представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤2;
00≤с≤4;
0≤d≤2;
0≤е≤2;
0≤f≤2;
0≤g≤10;
01≤o≤2;
1≤p≤5;
1≤x≤2; и
1≤y≤5.

7. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (14)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag или любое их сочетание;
М³ представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Bi, Sn, Sc, Y, La, Pr, Sm, Eu, Tb, Dy, Gd или любое их сочетание;
X представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤2;
0≤b≤2;
0≤с≤4;
00≤е≤8;
0≤f≤2;
1≤x≤2; и
1≤y≤5.

8. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (17)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag или любое их сочетание;
М³ представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Sc, Y, В, Al, La, Ga, In или любое их сочетание;
М⁵ представляет собой Si, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Та, W, Mo или любое их сочетание;
М⁶ представляет собой Bi, Sn, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, или любое их сочетание;
X представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤2;
0≤b≤2;
0≤с≤10;
00≤е≤14;
0≤f≤14;
0≤g≤10;
0≤h≤2;
1≤o≤2;
1≤p≤5;
1≤x≤2; и
1

9. Светоизлучаюшее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя соединение, имеющее формулу (20)

где М¹ представляет собой Pb, Cu или любое их сочетание;
М² представляет собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag или любое их сочетание;
М³ представляет собой Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Zn, Cd, Mn или любое их сочетание;
М⁴ представляет собой Sc, Y, В, Al, La, Ga, In или любое их сочетание;
М⁵ представляет собой Si, Ge, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, W, Mo или любое их сочетание;
М⁶ представляет собой Bi, Sn, Pr, Sm, Eu, Gd, Dy, Ce, Tb или любое их сочетание;
X представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤2;
0≤b≤12;
0≤с≤16;
00≤е≤5;
0≤f≤3;
0≤g≤2;
01≤x≤2; и
1≤y≤5.

10. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор включает в себя одно или несколько соединений или любые их комбинации.

11. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, содержащее далее герметизирующий материал, выполненный с возможностью покрытия им светодиода и люминофора.

12. Светоизлучающее устройство по п.11, в котором люминофор распределен в герметизирующем материале.

13. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, в котором люминофор смешан с отвердевающим материалом.

14. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, которое содержит множество светодиодов.

15. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, содержащее далее отражатель, выполненный для отражения света от светодиода.

16. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, содержащее далее:
множество выводов;
держатель диода, предусмотренный на конце одного из множества выводов;
электропроводное устройство, выполненное с возможностью соединения светодиода с другим из множества выводов,
при этом светодиод снабжен держателем светодиода.

17. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, содержащее далее теплоотвод для излучения тепла от светодиода.

18. Светоизлучающее устройство по п.17, которое содержит множество теплоотводов.

19. Светоизлучающее устройство по п.1 или 2, содержащее далее:
подложку;
множество электродов, предусмотренных на подложке;
электропроводное устройство, выполненное с возможностью соединения светодиода с одним из множества электродов, при этом светодиод предусмотрен на другом множестве электродов.

20. Светоизлучающее устройство по п.19, содержащее далее электропроводную пасту, предусмотренную между светодиодом и одним из множества электродов.