Светоизлучающее устройство - RU2485633C2

Чертежи

Показать все 7 чертежа(ей)

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 получении смеси первичного излучения светодиода и вторичного излучения люминофора, который преобразует длину волны. Например, как представлено в WO 98/05078 и WO 98/12757, можно 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 6000-8000 K, 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 K до приблизительно 8000 K или приблизительно 10000 K, 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; при этом, по меньшей мере, один из люминофоров включает медь и редкоземельный элемент и/или другой люминесцентный ион, и по меньшей мере, один из люминофоров излучает зеленый свет, 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 на всех чертежах 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; и

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 помещен 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, 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. Такой способ производства описан в патенте США номер 6,482,664, 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 K до приблизительно 8000 K или приблизительно 10000 K 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 комбинации.

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.

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 могут 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, германата-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; М''' может представлять собой один или больше двухвалентных элементов, например Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd, Mn, и/или любую их комбинацию; М'''' может представлять собой один или больше трехвалентных элементов, например Sc, В, Ga, In, и/или любую их комбинацию; М''''' может представлять собой Si, Ge, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Та, W, Mo и/или любую их комбинацию; М""" 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≤c≤2; 0≤d≤8; 1

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; М'" может представлять собой один или больше двухвалентных элементов, например Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd, Mn, и/или любую их комбинацию; М'''' может представлять собой Bi, Sn, Sb, Sc, Y, La, B, 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(ОН)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.

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 материал может иметь максимум эмиссии на длине волны приблизительно от 494,5 нм.

в которой М' может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М" может представлять собой Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М''' может представлять собой В, Ga, In и/или любую их комбинацию; М'''' может представлять собой Si, Ge, Ti, Zr, Hf и/или любую их комбинацию; М''''' 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

Пример приготовления

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (6)

Исходные материалы: CuO, SrCO₃, 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.

Приготовление люминесцентного материала по формуле (7)

Исходные материалы: CuO, MgO, BaCO₃, Al(ОН)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.

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (8)

Исходные материалы: PbO, SrCO₃, Al(ОН)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 Н₃ВО₃. 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.

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

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

в которой М' может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М" может представлять собой Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М''' может представлять собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М'''' может представлять собой Al, Ga, В и/или любую их комбинацию; М''''' может представлять собой Ge, V, Nb, Та, Вт, Mo, Ti, Zr, Hf и/или любую их комбинацию; М'''''' 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

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.

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.

Приготовление люминесцентного материала по формуле (12)

Исходные материалы: PbO, SrCO₃, BaCO₃, 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.

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.

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

Антимонаты, легированные свинцом и/или медью, по формуле (14)

в которой М' может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М" может представлять собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М''' может представлять собой Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М"" может 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.

Приготовление люминесцентного материала по формуле (16)

Исходные материалы: PbO, СаСО₃, 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.

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

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

в которой M' может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М" может представлять собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М''' может представлять собой Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd и/или любую их комбинацию; М"" может представлять собой Sc, Y, В, Al, La, Ga, В и/или любую их комбинацию; М''''' может представлять собой Si, Ti, Zr, Mn, V, Nb, Та, W, Mo и/или любую их комбинацию; М""" может 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

Пример приготовления

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (18)

Исходные материалы: PbO, СаСО₃, 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.

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.

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

в которой М' может представлять собой Pb, Cu и/или любую их комбинацию; М" может представлять собой Li, Na, K, Rb, Cs, Au, Ag и/или любую их комбинацию; М'" может представлять собой Be, Mg, Са, Sr, Ва, Zn, Cd, Mn и/или любую их комбинацию; М"" может представлять собой Sc, Y, В, Al, La, Ga, In и/или любую их комбинацию; М''''' может представлять собой Si, Ge, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Та, W, Mo и/или любую их комбинацию; М""" может 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

Примеры приготовления

Приготовление люминесцентного материала, имеющего формулу (21)

Исходные материалы: CuO, СаСО₃, Са₃(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.

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⁺, который 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 K, 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 K до приблизительно 6500 K, 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 K, или приблизительно 8000 K, или приблизительно 10000 K, и исключительным индексом передачи цвета, большим 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 может включать в себя подложку, электроды, предусмотренные на подложке, светодиод, выполненный с возможностью излучения света, причем светодиод предусмотрен на одном из электродов, люминофоры, выполненные с возможностью изменения длины волны света, и электропроводное устройство, выполненное с возможностью соединения светодиода с другим из множества электродов. Люминофоры могут, по существу, покрывать, по меньшей мере, участок светодиода. При этом, по меньшей мере, один из люминофоров включает медь и редкоземельный элемент и/или другой люминесцентный ион и, по меньшей мере, один из люминофоров излучает зеленый свет. 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 с широким диапазоном цветовой температуры, от приблизительно 2000 К до приблизительно 8000 К или приблизительно 10000 К, и/или индексом цветопередачи больше приблизительно 90, также изобретение обеспечивает возможность создания светоизлучающего устройства с улучшенными люминесцентными свойствами и улучшенной стабильностью к воздействию воды, влажности и другим полярным растворителям. 13 з.п. ф-лы, 20 табл., 7 ил.

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≤о≤2;
1≤р≤5;
1≤х≤2;и
1≤у≤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, Се, 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≤х≤2; и
1≤у≤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≤х≤2; и
1≤у≤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≤о≤2;
1≤р≤5;
1≤х≤2; и
1≤у≤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≤х≤2; и
1≤у≤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;
Х представляет собой F, Cl, Br, I или любое их сочетание;
0<а≤2;
0≤b≤2;
0≤c≤10;
00≤e≤14;
0≤f≤14;
0≤g≤10;
0≤h≤2;
1≤o≤2;
1≤p≤5;
1≤х≤2; и
1≤у≤5.

9. Светоизлучающее 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≤х≤2; и
1≤у≤5.