MATERIAL LUMINISCENTE QUE CONTIENE SILICATO, MÉTODO DE PREPARACIÓN DEL MISMO Y DISPOSITIVO EMISOR DE LUZ EN EL QUE SE UTILIZA.

Fósforo, en particular un fósforo utilizado en un dispositivo emisor de luz,

incluyendo un LED, que comprende silicato e ion activador, y su composición química esencial se expresa mediante la fórmula:

aMO·bMO SiO2·cR:xEu·yLn·zLv·δLm,

en la que:

M es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Sr, Ca, Ba y Zn;M' es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Mg, Cd y Be; R es uno o dos de entre B2O3 y P2O5; Ln es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb:

Lv es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Cl, F, Br, I y S; Lm es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Li, Na y K; y a, b, c, x, y, z y δ son coeficientes molares, en los que 0,5≤a≤5,0, 0≤b≤3,0, 0

Tipo: Patente Internacional (Tratado de Cooperación de Patentes). Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: PCT/CN2007/001637.

Solicitante: DALIAN LUMINLIGHT SCIENCE AND TECHNOLOGY CO., LTD.

Nacionalidad solicitante: China.

Dirección: 1 GAONENG STREET QIXIANLING HIGH-TECH INDUSTRIA CHINA.

Inventor/es: XIAO, ZHIGUO, XIA,WEI, XU,Jing, LIN,Guangxu, WANG,Xifeng.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 25 de Mayo de 2007.

Clasificación PCT:

  • C09K11/79 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C09 COLORANTES; PINTURAS; PULIMENTOS; RESINAS NATURALES; ADHESIVOS; COMPOSICIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE LOS MATERIALES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09K SUSTANCIAS PARA APLICACIONES NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR; APLICACIONES DE SUSTANCIAS NO PREVISTAS EN OTRO LUGAR.C09K 11/00 Sustancias luminiscentes, p. ej. electroluminiscentes, quimiluminiscentes. › que contienen silicio.
  • H01L33/00 SECCION H — ELECTRICIDAD.H01 ELEMENTOS ELECTRICOS BASICOS.H01L DISPOSITIVOS SEMICONDUCTORES; DISPOSITIVOS ELECTRICOS DE ESTADO SOLIDO NO PREVISTOS EN OTRO LUGAR (utilización de dispositivos semiconductores para medida G01; resistencias en general H01C; imanes, inductancias, transformadores H01F; condensadores en general H01G; dispositivos electrolíticos H01G 9/00; pilas, acumuladores H01M; guías de ondas, resonadores o líneas del tipo guía de ondas H01P; conectadores de líneas, colectores de corriente H01R; dispositivos de emisión estimulada H01S; resonadores electromecánicos H03H; altavoces, micrófonos, cabezas de lectura para gramófonos o transductores acústicos electromecánicos análogos H04R; fuentes de luz eléctrica en general H05B; circuitos impresos, circuitos híbridos, envolturas o detalles de construcción de aparatos eléctricos, fabricación de conjuntos de componentes eléctricos H05K; empleo de dispositivos semiconductores en circuitos que tienen una aplicación particular, ver la subclase relativa a la aplicación). › Dispositivos semiconductores que tienen al menos una barrera de potencial o de superficie especialmente adaptados para la emisión de luz; Procesos o aparatos especialmente adaptados para la fabricación o tratamiento de estos dispositivos o de sus partes constitutivas; Detalles (H01L 51/50  tiene prioridad; dispositivos que consisten en una pluralidad de componentes semiconductores formados en o sobre un sustrato común y que incluyen componentes semiconductores con al menos una barrera de potencial o de superficie, especialmente adaptados para la emisión de luz H01L 27/15; láseres de semiconductor H01S 5/00).

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

PDF original: ES-2375313_T3.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Material luminiscente que contiene silicato, método de preparación del mismo y dispositivo emisor de luz en el que se utiliza Campo técnico La invención se refiere a fósforo, particularmente a fósforo utilizado para un dispositivo emisor de luz blanca y multicolor que utiliza elementos semiconductores emisores de luz (LEDs), que es capaz de ser excitado por un elemento emisor de luz, tal como una fuente de radiación lumínica con un espectro de emisión de 240 a 510 nm, que es de la región del ultravioleta al verde, que absorbe por lo menos una parte de la luz emitida por la fuente de radiación lumínica y que emite un espectro de 420 a 700 nm que presenta por lo menos un pico comprendido en el intervalo de entre 430 y 630 nm. La presente invención se refiere al campo técnico de la óptica electrónica y la iluminación. Antecedentes de la técnica Con la irrupción de la tercera generación de materiales semiconductores, del nitruro de galio, y el nacimiento del diodo emisor de luz, el LED (diodo emisor de luz) azul, verde y blanco, alabado como "una técnica que iluminará el futuro", está entrando gradualmente en nuestra vida diaria, conduciéndonos a un futuro más brillante. Utilizando la tercera generación de materiales semiconductores, el nitruro de galio como fuente lumínica semiconductora, el consumo de energía eléctrica es sólo 1/10 del de la lámpara incandescente con la misma luminosidad, y la vida útil puede alcanzar las 80.000 horas o más. Una lámpara semiconductora puede utilizarse durante 50 años o más bajo condiciones normales. La nueva tecnología de iluminación LED iniciará una revolución en el campo de la iluminación debido a sus ventajas, tales como la versatilidad de aplicación, su carácter respetuoso con el medio ambiente y su comodidad de adaptación. La aparición de la luz LED blanca es un paso adelante sustancial de la función de señalización a la función de iluminación. La luz LED blanca es la más similar a la luz solar y puede reflejar el color real de los objetos irradiados con más precisión. Desde el punto de vista técnico, la luz LED blanca es con seguridad la tecnología punta en el campo de los LEDs. El mercado de aplicación de la luz LED blanca será muy amplio. Por lo tanto, existe una necesidad de un fósforo de alta eficiencia capaz de convertir con eficacia la luz ultravioleta a verde emitida por un elemento emisor de luz, incluyendo LEDs, en luz visible, de manera que se consiga un dispositivo de sistema de iluminación de luz blanca y multicolor. En la actualidad, de la técnica anterior, se consigue un LED de luz blanca principalmente mediante un método de excitación del fósforo que utiliza un chip de luz ultravioleta o de luz azul. Sin embargo, el método se encuentra limitado por las limitaciones del fósforo. Por ejemplo, las patentes US nº 5.998.925 y nº 6.998.771 y nº ZL00801494.9 utilizan un chip de luz azul para excitar fósforo de granates de tierras raras activado por cerio (por ejemplo Y3Al5O12:Ce, (Y,Gd)3(Al,Ga)5O12:Ce, abreviadamente YAG; o granate de Tb, abreviadamente TAG), en las que el fósforo resulta excitado por un chip de luz azul, emitiendo luz amarilla que se mezcla con parte de la luz azul del chip de luz azul, formando luz blanca. Durante este proceso, los fósforos utilizados se encuentran muy restringidos con respecto a su aplicación y rendimiento de luz LED blanca. En primer lugar, la excitación de dicho fósforo se produce dentro del intervalo de 420 a 490 nm; la excitación más efectiva se produce dentro del intervalo de 450 a 470 nm, no se excita dentro de la región de la luz ultravioleta ni en la región de longitudes de onda cortas de la luz visible, incluyendo la región de la luz verde; en segundo lugar, el espectro de emisión del fósforo de la estructura el granate de tierras raras sólo puede alcanzar como máximo aproximadamente 540 nm, careciendo de componente rojo, y resultando, de esta manera, en un LED de luz blanca con un índice de rendimiento cromático más bajo. Por ejemplo, las patentes nº US 6.649.946, nº US 2004/0135504, nº CN1522291A, nº CN1705732A, nº CN1596292A, nº CN1596478A y nº US 6.680.569A se refieren a nitruro u oxinitruro de fósforo activado de tierra rara capaz de ser efectivamente excitado en la región de luz UV-azul. El intervalo efectivo de longitudes de onda de excitación del fósforo en este proceso se incrementa en cierta medida, y el intervalo de emisión también puede ser de entre luz verde y luz roja, pero el brillo luminiscente del fósforo es bajo; además, su coste de producción es elevado. Por lo tanto, los fósforos se encuentran restringidos en gran medida a prácticos polvos fluorescentes para LEDs. Por ejemplo, la patente nº US 6.351.069 se refiere a sulfuros de fósforos de color rojo. El fósforo puede añadirse a LED de luz blanca como componente cromático complementario para compensar el índice de rendimiento cromático y para reducir la temperatura cromática. Sin embargo, los sulfuros de fósforos presentan un brillo luminiscente bajo, aunque mejoran el índice de rendimiento cromático, también reducen la eficiencia de lúmenes del LED; además, presentan una estabilidad química y características de envejecimiento pobres, y corroen los chips, acortando la vida útil del LED. Por ejemplo, las patentes nº US 2006/0027781, nº US 2006/0028122 y nº US 2006/0027785 se refieren a fósforo silicato, aunque los materiales se encuentran confinados dentro de la estructura de metasilicatos que contienen bario. Además, su espectro de excitación se encuentra comprendido dentro del intervalo de 280 a 490 nm; el espectro de emisión se encuentra comprendido dentro del intervalo de 460 a 590 nm, y presentan luminosidad 5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55  60  únicamente dentro del intervalo de color verde a color amarillo, no presentando tampoco luz roja. Además, los fósforos presentan una pobre intensidad luminiscente y no pueden igualar el fósforo YAG. Por ejemplo, la patente nº CN1585141A se refiere a halofósforo silicato de color verde y a disilicato y metafósforo silicato de color rojo. El fósforo de color verde indicado en dicha patente presenta un espectro de excitación amplio, aunque unitario en su color luminiscente; además, dicho fósforo en color rojo presenta una intensidad luminiscente pobre y no puede igualar los polvos fluorescentes de la técnica anterior, y por lo tanto presenta una aplicación práctica muy restringida. A partir de la publicación de la literatura no de patentes de J.M. Lee et al. (Advanced Materials 15(24):2081-2084, diciembre de 2003), DOI: 10.1002/adma.200305291) es conocido el fósforo Eu0,14Mg0,18Ca0,07Ba0,12B0,17Si0,32O. Descripción resumida de la invención Un objetivo de la invención es proporcionar un fósforo silicato que presente un intervalo de excitación amplio (240 a 510 nm), un intervalo de emisión amplio (430 a 630 nm), una elevada eficiencia de conversión óptica y excelentes propiedades de envejecimiento; otro objetivo de la invención es proporcionar un método para preparar el fósforo silicato; y todavía otro objetivo de la invención es proporcionar un dispositivo emisor de luz que comprenda el fósforo silicato indicado en la invención, particularmente un LED de luz blanca. La composición química esencial del fósforo silicato de la invención se expresa mediante la fórmula (1): en la que:M es un elemento o una combinación de elementos seleccionados de entre el grupo que consiste de Sr, Ca, Ba y Zn; M' es un elemento o una combinación de elementos seleccionados de entre el grupo que consiste de Mg, Cd y Be; R es uno o dos de entre B2O3 y P2O5; Ln es un elemento o una combinación de elementos seleccionados de entre el grupo que consiste de Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb; Lv es un elemento o una combinación de elementos seleccionados de entre el grupo que consiste de Cl, F, Br, I y S; Lm es un elemento o una combinación de elementos seleccionados de entre el grupo que consiste de Li, Na y K; ya, b, c, x, y, z y 5 son coeficientes molares, en los que 0,5a5,0, 0b3,0, 0c0,5, 0,001x0,2, 0y0,5, 0z<0,5; 0<0,2, en los que 1 <(a+b)6, y en el caso de que (a+b)=2, entonces MMg; el material es capaz de ser excitado por un elemento emisor de luz como fuente de radiación lumínica que presenta un espectro de emisión de entre 240 y 510 nm que es la región entre luz ultravioleta y luz verde, que absorbe por lo menos una parte de la luz de emisión de la fuente de radiación lumínica, y que emite un espectro de emisión de entre 420 y 700 nm que presenta por lo menos un pico comprendido en el intervalo de 430 a 630 nm; el color de luminiscencia es azul, azulverde, verde, amarillo-verde, amarillo, amarillo-rojo, rojo o blanco. El fósforo silicato según una realización preferente de la presente invención, en el que, con... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Fósforo, en particular un fósforo utilizado en un dispositivo emisor de luz, incluyendo un LED, que comprende silicato e ion activador, y su composición química esencial se expresa mediante la fórmula: aMO·bMO SiO2·cR:xEu·yLn·zLv·Lm, en la que: M es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Sr, Ca, Ba y Zn;M' es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Mg, Cd y Be; R es uno o dos de entre B2O3 y P2O5; Ln es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Nd, Dy, Ho, Tm, La, Ce, Er, Pr, Bi, Sm, Sn, Y, Lu, Ga, Sb, Tb, Mn y Pb: Lv es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Cl, F, Br, I y S; Lm es un elemento o una combinación de elementos seleccionada de entre el grupo que consiste de Li, Na y K; y a, b, c, x, y, z y son coeficientes molares, en los que 0,5a5,0, 0b3,0, 0b, entonces 0,5a1,5, 0,4b1,0 y MCa; si 2<(a+b)4, entonces 1,0a2,0, 1,0b2,0; y la luminiscencia es de color azul tras la excitación, y la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 440 y 475 nm; (2) si 1<(a+b)<2 y a>b, entonces 0,5a1,5, 0,4b1,0 y la proporción entre el contenido molar de Ca y de Sr es de entre 0,2 y 0,5; si 2<(a+b)4, then 1.0a3.0, 0.5b1.5, and MBa, y la luminiscencia es de color azul-verde tras la excitación, y la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 470 y 490 nm; (3) si 1<(a+b)<2, entonces 0,5a1,5, 0,2b1,0 y la proporción entre el contenido molar de Ca y de Sr es de entre 0,6 y 1,5; si 2<(a+b)5, entonces 0,5a3,0, 0b3,0, y el contenido molar de Ba es superior al contenido molar de Sr y/o de Ca, y la luminiscencia es de color verde tras la excitación, y la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 490 y 510 nm; (4) si 1<(a+b)<2, entonces 0,5a1,5, 0b1,0 y la proporción entre el contenido molar de Ca y de Sr es de entre 2,8 y 3,3; si 2<(a+b)6 y ab, entonces 1,5a3,0, 0b3,0, y la luminiscencia es de color amarillo-verde tras la excitación, y la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 505 y 525 nm; (5) si 1<(a+b)<2, entonces 0,5a1,5, 0,4b1,0 y MSr; si 2<(a+b)6 y ab, entonces 2a4, 0b3,0; la luminiscencia es de color amarillo tras la excitación, y la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 515 y 540 nm; (6) si 2<(a+b)5 y a>b, entonces 1,0a4,0, 0b1,5, y si b0, entonces la proporción entre a y b es superior a 2; si b=0, entonces la proporción entre el contenido molar de Sr y/o Ca y el de Ba es superior a 2, y el color de la luminiscencia es amarillo-rojo tras la excitación; la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 535 y 580 nm; o (7) si 1<(a+b)<1,5, entonces 0,2a1,2, 0,2b1,2; si 1,5<(a+b)<2, entonces 0,5a1,8, 0b1,8; si 2<(a+b)5; entonces 1,0a3,0, 0b3; y la luminiscencia es de color rojo tras la excitación, y la longitud de onda del pico principal de emisión varía según la composición en el intervalo de entre 580 y 630 nm; 6. Fósforo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que fósforo resulta excitado por la luz de la fuente de radiación lumínica que presenta una longitud de onda del pico de emisión de entre 240 y 510 nm, y la longitud de onda del pico de emisión del fósforo es más larga que la longitud de onda del lado de ondas 18  5  10  15  20  25  30  35  40  45  50  55      largas del pico de emisión de la fuente de radiación lumínica. 7. Dispositivo emisor de luz que comprende un elemento emisor de luz como fuente de radiación lumínica y un fósforo capaz de convertir por lo menos una parte de la luz de la fuente de radiación lumínica, en el que: la fuente de radiación lumínica se configura para emitir radiación que presenta una longitud de onda pico comprendida en el intervalo de la región de luz ultravioleta a luz verde de 240 a 510 nm, y porque el fósforo permite convertir por lo menos una parte de la longitud de onda del primer espectro luminiscente de dicho elemento emisor de luz en un segundo espectro de emisión que presenta por lo menos un pico en el intervalo de 430 a 630 nm, en el que por lo menos uno de los fósforos es el fósforo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6. 8. Dispositivo emisor de luz según la reivindicación 7, en el que la fuente de radiación lumínica se configura para emitir radiación que presenta una longitud de onda pico comprendida en el intervalo de la luz ultravioleta, y el fósforo utilizado es un fósforo, o una combinación de dos o más de los fósforos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, el fósforo absorbe por lo menos una parte de la luz emitida por la fuente de radiación lumínica y/o los demás fosforos en la combinación, convirtiendo por lo menos una parte de la longitud de onda del espectro luminiscente del elemento emisor de luz en diferentes espectros de emisión que presentan por lo menos un pico con una longitud de onda comprendida en el intervalo de entre 430 y 630 nm, con el fin de obtener una luz blanca mixta, azul, azul-verde, verde, amarilla-verde, amarilla, amarilla-roja o roja. 9. Dispositivo emisor de luz según la reivindicación 7, en el que una fuente de radiación lumínica se configura para emitir radiación que presenta una longitud de onda pico comprendida en el intervalo de luz azul a luz verde, siendo el fósforo utilizado un fósforo o una combinación de dos o más fósforos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, absorbiendo el fósforo por lo menos una parte de la luz emitida por la fuente de radiación lumínica y/o los demás fósforos en la combinación, convirtiendo por lo menos una parte de la longitud de onda del espectro luminiscente del elemento emisor de luz en diferentes espectros de emisión que presentan por lo menos un pico con una longitud de onda comprendida en el intervalo de entre 430 y 630 nm, con el fin de obtener una luz blanca mixta, azul, azul-verde, verde, amarilla-verde, amarilla, amarilla-roja o roja, tras la mezcla con una parte de la luz procedente de la fuente de radiación lumínica. 10. Dispositivo emisor de luz según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 9, en el que el fósforo comprende además un segundo fósforo y/o un tercer fósforo y/o un cuarto fósforo, que se utilizan conjuntamente con uno o más de los fósforos según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, convirtiendo el segundo fósforo y/o el tercer fósforo y/o el cuarto fósforo por lo menos una parte de la longitud de onda de la luz procedente de la fuente de radiación lumínica y/o por lo menos una parte de la longitud de onda de la luz procedente del fósforo según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y emitiendo luz que presenta por lo menos una longitud de onda de emisión pico comprendida dentro de la región de luz visible entre la luz azul y la luz roja. 11. Dispositivo emisor de luz según la reivindicación 7, 8 ó 10, en el que se configura una fuente de radiación lumínica para emitir radiación que presenta una longitud de onda pico comprendida en el intervalo de la luz ultravioleta, en el que se mezclan por lo menos dos tipos de luz, incluyendo por lo menos una parte de luz procedente del fósforo silicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y la luz procedente del segundo fósforo y/o el tercer fósforo y/o el cuarto fósforo, con el fin de obtener una luz blanca, azul, azulverde, verde, amarilla-verde, amarilla, amarilla-roja o roja. 12. Dispositivo emisor de luz según la reivindicación 7, 9 ó 10, en el que se configura una fuente de radiación lumínica para emitir radiación que presenta una longitud de onda pico comprendida en el intervalo de la luz azul a la luz verde, en el que se mezclan por lo menos dos tipos de luz, incluyendo por lo menos una parte de luz procedente de la fuente de radiación lumínica, por lo menos una parte de la luz procedente del fósforo silicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, y la luz procedente del segundo fósforo y/o del tercer fósforo y/o del cuarto fósforo, con el fin de obtener una luz blanca, azul, azul-verde, verde, amarilla-verde, amarilla, amarilla-roja o roja. 13. Dispositivo emisor de luz según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 12, en el que el segundo fósforo y/o el tercer fósforo y/o el cuarto fósforo son: fósforo oxinitruro activado por elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo nitruro activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo halosilicato activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo de estructura de granate activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo sulfuro activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo óxido activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo óxido de azufre activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo aluminato activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo fluoroarsenato (germanato) de magnesio activado con Mn dopante, y/o fósforo borato activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo fosfato activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo halofosfato activado con elementos de tierra rara dopantes, y/o fósforo titanato activado con elementos de tierra rara 19  5      dopantes, y/o fósforo tiogalato activado con elementos de tierra rara dopantes. 14. Dispositivo emisor de luz según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, en el que el dispositivo emisor de luz es un LED de conversión luminiscente en el que el fósforo entra en contacto directa o indirectamente con un chip, en el que dicho fósforo por lo menos contiene uno o dos o más tipos de fósforo silicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16. 15. Dispositivo emisor de luz según cualquiera de las reivindicaciones 7 a 13, en el que el dispositivo emisor de luz es un dispositivo de iluminación que comprende por lo menos un LED que utiliza dicho fósforo silicato según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6. 20      21      22      23      24      25      26      27      28 

 

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