Material convertidor cerámico para dispositivos emisores de luz,

especialmente LED, que tiene una intensidad de dispersión SI(20) a 20º y una intensidad de dispersión SI(40) a 40º, siendo SI(20)/SI(40) >1,6, teniendo el material la composición Sr1-y-zMySi2O2N2:Eu2 donde M se selecciona del grupo que comprende Ca, Ba, Mg o mezclas de los mismos, e y es de ≥ 0 a ≤ 1, y z es de ≥ 0,0001 a ≤ 0,5.

Material cerámico para led con dispersión reducida y método de realización del mismo

Campo de la invención

La presente invención se refiere a materiales luminiscentes para dispositivos emisores de luz, especialmente LED.

Antecedentes de la invención

Se conocen ampliamente fósforos que comprenden silicatos, fosfatos (por ejemplo, apatita) y aluminatos como materiales huésped, con metales de transición o metales de las tierras raras añadidos como materiales activadores para los materiales huésped. Puesto que los LED azules, en particular, se han vuelto viables en los últimos años, está buscándose activamente el desarrollo de fuentes de luz blanca que utilizan tales LED azules en combinación con tales materiales de fósforos. Con la llegada de materiales luminiscentes cerámicos, también los LED azules podrían convertirse casi completamente a los colores verde o rojo.

Especialmente, materiales luminiscentes basados en el denominado sistema “SiAlON” están en el centro de atención en el campo debido a sus buenas características ópticas. Como ejemplo, el documento EP 1854339 da a conocer un sistema de iluminación que comprende una fuente de radiación y un convertidor luminiscente cerámico monolítico que comprende al menos un fósforo que puede absorber parte de la luz emitida por la fuente de radiación y emitir luz de una longitud de onda diferente a la de la luz absorbida, en el que al menos un fósforo es un oxonitridosilicato activado por Eu (II) de fórmula general (Sr1-a-b-c-d-e-fCabBacMgdZneCef) Six-gGegNyOz:Eua, donde 0, 001<a<0, 2, 0, 0<b<1, 0, 0, 0<c<0, 5, 0, 0<d<0, 25, 0, 0<e<0, 25, 0, 0<f<0, 2, 0, 0<g<1, 0, 1, 5<x<2, 5, 1, 5<y<2, 5 y 1, 5<z<2, 5.

Sin embargo, existe todavía la necesidad continuada de materiales luminiscentes que puedan usarse dentro de una amplia gama de aplicaciones y especialmente que permitan la fabricación de LEDpc de luz blanca cálida de fósforo con eficacia luminosa y rendimiento de color optimizados.

Sumario de la invención

Es un objeto de la presente invención proporcionar un dispositivo emisor de luz que comprende un material luminiscente que tiene características ópticas mejoradas junto con una buena productividad y estabilidad.

Esto objeto se logra mediante un dispositivo emisor de luz según la reivindicación 1 de la presente invención. Por consiguiente, se proporciona un dispositivo emisor de luz, especialmente LED, que comprende al menos un primer material luminiscente que emite a una primera longitud de onda y al menos un material convertidor cerámico que absorbe al menos parcialmente la primera longitud de onda y posteriormente emite luz de una segunda longitud de onda que es mayor que la primera longitud de onda, teniendo dicho material convertidor cerámico una intensidad de dispersión SI (20) a 20º y una intensidad de dispersión SI (40) a 40º , siendo SI (20) /SI (40) > 1, 5, en el que el material tiene esencialmente la composición Sr1-y-zMySi2O2N2:Euz donde M se selecciona del grupo que comprende Ca, Ba, Mg o mezclas de los mismos, e y es de º 0 a : 1, yz es de º 0, 0001 a : 0, 5

La expresión “intensidad de dispersión SI (Y) a Yº ” se define de la siguiente manera:

Se pule una oblea de 100 !m hasta calidad óptica (Ra < 20 nm) . Se emite luz monocromática de una longitud de onda I con incidencia normal (= perpendicular a la oblea) sobre el material convertidor cerámico, eligiéndose I en una región del espectro visible en la que el coeficiente de absorción a es < 30 cm-1.

La intensidad de dispersión (= luz transmitida en un ángulo de dispersión) medida a un ángulo de 0º (= perpendicular a la oblea) es del 100% (véase también la figura 3) . La intensidad de dispersión SI (Y) a Yº se mide entonces a un ángulo de Yº .

La expresión “material convertidor cerámico” en el sentido de la presente invención significa y/o incluye especialmente un material compuesto o material compacto policristalino o cristalino que tiene una cantidad controlada de poros o que está libre de poros.

La expresión “material policristalino” en el sentido de la presente invención significa y/o incluye especialmente un material con una densidad volumétrica mayor que el 90 por ciento del constituyente principal, que consiste en más del 80 por ciento de dominios monocristalinos, siendo cada dominio mayor que 0, 5 !m de diámetro, y el material puede tener diferentes orientaciones cristalográficas. Los dominios monocristalinos pueden estar conectados mediante material vítreo o amorfo o mediante constituyentes cristalinos adicionales.

Se ha descubierto que un material convertidor cerámico según la presente invención, para muchas aplicaciones, tiene al menos una o más de las siguientes ventajas:

- La dispersión óptica hallada mejora la eficacia de conversión del dispositivo, puesto que la dispersión puede conducir a pérdidas de absorción.

- La dispersión óptica hallada mejora la mezcla de luz convertida con luz no convertida transmitida y proporciona una alta eficacia de paquete.

Preferiblemente, el material convertidor cerámico tiene una intensidad de dispersión SI (20) a 20º y una intensidad de dispersión SI (40) a 40º , siendo SI (20) /SI (40) > 1, 6, preferiblemente SI (20) /SI (40) > 1, 8.

Según una realización preferida de la presente invención, el material convertidor cerámico tiene una intensidad de dispersión SI (30) a 30º y una intensidad de dispersión SI (60) a 60º , siendo SI (30) /SI (60) > 1, 9. Esto aumenta además la eficacia de conversión para muchas aplicaciones dentro de la presente invención.

Preferiblemente, el material convertidor cerámico tiene una razón de intensidad de dispersión SI (30) /SI (60) > 2, 5, preferiblemente SI (30) /SI (60) > 2, 9.

Según una realización preferida de la presente invención, el material convertidor cerámico muestra una orientación preferida de sus granos de unidad cristalina constituyentes, que se define como su textura.

Con el fin de detectar una orientación preferente, pueden aplicarse técnicas de difracción de rayos X. Los materiales cerámicos sin orientación preferente muestran patrones de difracción de rayos X cuyas intensidades pico relativas son idénticas a las calculadas para el material correspondiente. El cálculo de patrones de rayos X requiere un conocimiento de la estructura cristalina del material, pero no es necesaria la información sobre la morfología del cristal. Los patrones de difracción de rayos X de materiales cerámicos texturados muestran desviaciones significativas de las intensidades pico en comparación con el patrón teórico, es decir algunas reflexiones muestran intensidades mejoradas mientras que otras pueden mostrar intensidades que incluso se encuentran por debajo del límite de detección. Qué reflexiones, caracterizadas por sus índices de Miller, muestran intensidades aumentadas o disminuidas, depende en general de la geometría de medición, es decir la alineación de la muestra de material cerámico en relación con el haz de rayos X, la morfología así como la orientación de los granos dentro de la muestra.

Preferiblemente, el material convertidor cerámico muestra una orientación preferida de sus granos de unidad cristalina constituyentes, de modo que Intpico A : Intpico B 3, preferiblemente 5, más preferiblemente 7 y lo más preferiblemente 9, en los que Intpico A : Intpico B se define de la siguiente manera:

Para compuestos de composición general Sr1-x-yMxEuySi2O2N2, siendo M = Ca, Ba, Mg o mezclas de los mismos, que son isotípicos con el compuesto huésped SrSi2O2N2, Intpico A viene dada o bien por la intensidad de la reflexión (0 2 0) (la configuración cristalográfica se elige de tal manera que los planos reticulares (0 k 0) son paralelos a las capas de [Si2O2N2]2 en la estructura cristalina) o bien por la suma de las intensidades de la reflexión (0 2 0) y (1 2 0) (si los picos no están suficientemente separados en el diagrama de polvo de XRD para determinar la intensidad de la reflexión (0 2 0) ) , mientras que la Intpico B viene dada por la intensidad de la reflexión (2 2 0) o por la suma de las intensidades de la reflexión (2 2 0) y (2 -1 0) (si los picos no están suficientemente separados en el diagrama de polvo de XRD para determinar la intensidad de la reflexión (2 2 0) ) .

Según una realización preferida de la presente... [Seguir leyendo]

1. Material convertidor cerámico para dispositivos emisores de luz, especialmente LED, que tiene una intensidad de dispersión SI (20) a 20º y una intensidad de dispersión SI (40) a 40º , siendo SI (20) /SI (40) > 1, 6, teniendo el material la composición Sr1-y-zMySi2O2N2:Eu2 donde M se selecciona del grupo que comprende Ca, Ba, Mg o mezclas de los mismos, e y es deº 0 a : 1, yz es deº 0, 0001 a : 0, 5.

2. Material convertidor cerámico según la reivindicación 1, que tiene una intensidad de dispersión SI (30) a 30º y una intensidad de dispersión SI (60) a 60º , siendo SI (30) /SI (60) > 1, 9.

3. Material convertidor cerámico según la reivindicación 1 ó 2, mostrando el material convertidor cerámico una orientación preferida de sus granos de unidad cristalina constituyentes.

4. Material convertidor cerámico según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, estando compuesto el material esencialmente por granos con un d50 de 5 !m.

5. Método de producción de un material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que comprende prensar en caliente de manera uniaxial al menos un compuesto precursor, realizándose la etapa de prensado a una temperatura de 1200º C a : 1800º C.

6. Método según la reivindicación 5, en el que el al menos un compuesto precursor tiene esencialmente una relación de aspecto deº 211.

7. Método según la reivindicación 5 ó 6, en el que el al menos un compuesto precursor está compuesto esencialmente por placas y/o copos con un diámetro de 500 nm.

8. Método según cualquiera de las reivindicaciones 6 a 7, en el que la etapa de prensado se realiza a una presión de 50 MPa

9. Sistema que comprende un material según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4 y/o que se produce según cualquiera de las reivindicaciones 5 a 8, usándose el sistema en una o más de las siguientes aplicaciones:

sistemas de iluminación de oficinas sistemas de aplicación doméstica sistemas de iluminación de tiendas, sistemas de iluminación doméstica, sistemas de iluminación acentuada, sistemas de iluminación puntual, sistemas de iluminación de escenarios, sistemas de aplicación de fibra óptica, sistemas de proyección, sistemas de visualización autoiluminados, sistemas de visualización pixelados, sistemas de visualización segmentados, sistemas de señales de advertencia, sistemas de aplicación de iluminación médica, sistemas de señales indicadoras, y sistemas de iluminación decorativa sistemas portátiles aplicaciones de automoción sistemas de iluminación de invernaderos