Fósforos azul-verde y verde para aplicaciones de iluminación.

Un aparato de iluminación que comprende:

una fuente de luz configurada para emitir radiación con una intensidad de pico a una longitud de onda entre 250 nm y 550 nm;

y una composición de fósforo que comprende un fósforo de azul-verde a verde que tiene una longitud de onda de emisión de pico entre 485 nm y 540 nm, usando una longitud de onda de excitación de 405 nm, configurado para ser acoplado radiativamente a la fuente de luz, de fórmula ((Sr1-zMz)1-(x+w)AwCex)3 (Al1-ySiy) O4+y+3(x-w)F1-y-3(x-w), en la que 0

Fósforos azul-verde y verde para aplicaciones de iluminación.

Las presentes técnicas se refieren, en general, a nuevas composiciones de fósforo. Más específicamente, las presentes técnicas describen fósforos que retienen una parte sustancial de su eficiencia cuántica a temperatura ambiente a temperaturas elevadas. Los fósforos pueden ser usados en diodos emisores de luz, lámparas fluorescentes basadas en Hg, lámparas de descarga de gas, láseres ultravioleta, violetas y/o azules, así como otras fuentes de luz blanca o de color para diferentes aplicaciones.

Un fósforo es un material luminiscente que absorbe la energía de radiación en una porción del espectro electromagnético y emite energía en otra porción del espectro electromagnético. Una clase importante de fósforos incluye compuestos inorgánicos cristalinos de muy alta pureza química y de composición controlada, a los que se han añadido pequeñas cantidades de otros elementos, llamados "activadores", para la emisión fluorescente. Con la combinación adecuada de activadores y compuestos inorgánicos, puede controlarse el color de la emisión de estos fósforos cristalinos. Los fósforos más útiles emiten radiación en la porción visible del espectro electromagnético en respuesta a una excitación por una energía electromagnética fuera del intervalo visible. Por ejemplo, los fósforos han sido usados en lámparas de descarga de vapor de mercurio para convertir la radiación ultravioleta (UV) , emitida por el mercurio excitado, a la luz visible. Además, los fósforos pueden ser usados en los diodos emisores de luz (LEDs) para generar colores que, generalmente, no pueden obtenerse desde el propio chip LED.

Los diodos emisores de luz (LED) son emisores de luz semiconductores que pueden ser usados como sustitutos de otras fuentes de luz, tales como lámparas incandescentes. Son particularmente útiles como luces de pantalla, luces de advertencia y luces indicadoras o en otras aplicaciones en las que se desea una luz de color. El color de la luz producida por un LED depende del tipo de material semiconductor usado en su fabricación.

Los dispositivos semiconductores emisores de luz de color, incluyendo diodos emisores de luz y láseres semiconductores (denominándose ambos, en la presente memoria, como LEDs) , han sido producidos a partir de aleaciones del grupo III-V, tales como nitruro de galio (GaN) . Para formar los LED, las capas de las aleaciones son depositadas, típicamente, de manera epitaxial, sobre un sustrato, tal como carburo de silicio o zafiro, y pueden ser dopadas con una diversidad de dopantes de tipo n y p para mejorar sus propiedades, tales como la eficiencia de emisión luz. Con referencia a los LED basados en GaN, la luz se emite generalmente en el intervalo de UV a verde del espectro electromagnético. Hasta hace muy poco, los LEDs no han sido adecuados para usos de iluminación cuando se necesita una luz blanca y brillante, debido al color inherente de la luz producida por el LED.

Sin embargo, se han desarrollado técnicas para convertir la luz emitida desde los LEDs en luz útil para la iluminación y otros propósitos. En una técnica, el LED puede ser revestido o cubierto con una capa de fósforo. Al interponer un fósforo excitado por la radiación generada por el LED, puede generarse luz de una longitud de onda diferente, tal como en el intervalo visible del espectro. Frecuentemente, los LEDs de colores se usan en juguetes, luces indicadoras y otros dispositivos. Los fabricantes buscan continuamente nuevos fósforos de colores para su uso en dichos LEDs, para producir colores personalizados y una mayor luminosidad.

La producción de luz desde los LEDs y otras fuentes de luz, genera calor como un subproducto. Los fósforos pueden responder a este calor con una disminución en la eficiencia cuántica, que es el número de fotones emitidos por el fósforo en función del número de fotones absorbidos por el fósforo. En consecuencia, debido a que la eficiencia cuántica de los diferentes fósforos puede cambiar a velocidades diferentes conforme aumenta la temperatura, la luz emitida por el dispositivo puede atenuarse o el color puede cambiar conforme el dispositivo entra en un funcionamiento estacionario.

De esta manera, hay una demanda continua de composiciones de fósforo que puedan usarse como componentes, individualmente o como parte de una mezcla de fósforos, en la fabricación de LEDs y otras fuentes de luz. Dichas composiciones de fósforo deberían permitir una gama más amplia de fuentes de luz con propiedades deseables, que incluyen una buena calidad de color (CRI> 80) , un amplio intervalo de temperaturas de color, y una relativa insensibilidad a los cambios de temperatura.

El documento US 2007/0182309 divulga un fósforo de fórmula M3-aYO5-b:aCe, en la que Me es calcio (Ca) , estroncio (Sr) , bario (Ba) , europio (Eu) , terbio (Tb) o sus combinaciones; Y es silicio (Si) , boro (B) , aluminio (Al) o sus combinaciones; X es flúor (F) , cloro (Cl) , bromo (Br) o nitrógeno (B) ; a está comprendido entre 0, 001 y 0, 5 y b está comprendido entre 0 y 5.

Breve descripción La presente invención proporciona un aparato de iluminación que comprende: una fuente de luz configurada para emitir radiación con un pico de intensidad a una longitud de onda de entre 250 nm a y 550 nm; y

una composición de fósforo que comprende un fósforo azul-verde a verde que tiene una longitud de onda de emisión de pico entre 485 nm y 540 nm, usando una longitud de onda de excitación de 405 nm, configurada para estar acoplada radiativamente a la fuente de luz, de fórmula ( (Sr1-zMz) 1- (x+w) AwCex) 3 (Al1-ySiy) O4+y+3 (x-w) F1-y-3 (x-w) , en la que 0<x≤0, 10, 0≤y≤0, 5, 0≤0, 5, 0≤w≤x, A es Li, Na, K o cualquier combinación de los mismos, y M es Ca, Ba, Mg o cualquier combinación de los mismos.

Otra realización proporciona un fósforo que comprende una fórmula general de ( (Sr1zMz) 1- (x+w) AwCex) 3 (Al1-ySiy) O4+y+3 (xw) F1-y-3 (x-w) , en la que 0<x≤0, 10, 0≤y≤0, 5, 0≤z≤0, 5, 0≤w≤x, A es Li, Na, K o cualquier combinación de los mismos, y M es Ca, Ba, Mg o cualquier combinación de los mismos; y la luz emitida por el fósforo tiene un color entre azul-verde y verde, que tiene una longitud de onda de emisión de pico entre 485 nm y 540 nm, usando una longitud de onda de excitación de 405 nm.

Una última realización proporciona un procedimiento para producir un fósforo, en el que el procedimiento incluye: proporcionar cantidades de compuestos de aluminio, cerio y silicio, que contienen oxígeno, y al menos un metal alcalino-térreo seleccionado de entre el grupo que consiste en Sr, Ba, Ca y sus combinaciones; mezclar los compuestos que contienen oxígeno con un compuesto que contiene fluoruro para formar una mezcla; y, a continuación, calentar la mezcla a una temperatura entre 900ºC y 1.700ºC bajo una atmósfera reductora durante un período de tiempo suficiente para convertir la mezcla a un fósforo que comprende una fórmula general de ( (Sr1-zMz) 1- (x+w) AwCex) 3 (Al1-ySiy) O4+y+3 (x-w) F1-y-3 (x-w) , en la que 0<x≤0, 10, 0≤y≤0, 5, 0≤z≤0, 5, 0≤w≤x, A es Li, Na, K o cualquier combinación de los mismos, y M es Ca, Ba, Mg o cualquier combinación de los mismos; y la luz emitida por el fósforo es de un color entre azul-verde y verde, que tiene una longitud de onda de emisión de pico de entre 485 nm y 540 nm, usando un longitud de onda de excitación de 405 nm.

Dibujos Estas y otras características, aspectos y ventajas de la presente invención se entenderán mejor tras la lectura de la descripción detallada siguiente con referencia a los dibujos adjuntos, en los que los caracteres similares representan partes similares a lo largo de los dibujos, en los que:

La Fig. 1 es una vista esquemática en sección transversal de un sistema de iluminación según una realización;

La Fig. 2 es una vista esquemática en sección transversal de otro sistema de iluminación según una realización;

La Fig. 3 es una vista esquemática en sección transversal de un tercer sistema de iluminación según una realización;

La Fig. 4 es una vista esquemática en sección transversal de un cuarto sistema de iluminación según una realización;

La Fig. 5 es una vista esquemática en sección transversal de un quinto sistema de iluminación según una realización;

La Fig. 6 es un gráfico de los espectros de emisión de cinco fósforos usando una longitud de onda de excitación de 405 nm, según las realizaciones;

La Fig. 7 es un gráfico de un espectro de emisión calculado para una mezcla de fósforos que contiene los fósforos SECA, "Naranja" y el fósforo C de las presentes técnicas;... [Seguir leyendo]

1. Un aparato de iluminación que comprende:

una fuente de luz configurada para emitir radiación con una intensidad de pico a una longitud de onda entre 250 nm y 550 nm; y

una composición de fósforo que comprende un fósforo de azul-verde a verde que tiene una longitud de onda de emisión de pico entre 485 nm y 540 nm, usando una longitud de onda de excitación de 405 nm, configurado para ser acoplado radiativamente a la fuente de luz, de fórmula ( (Sr1-zMz) 1- (x+w) AwCex) 3 (Al1-ySiy) O4+y+3 (x-w) F1-y-3 (x-w) , en la que 0<x≤0, 10, 0≤y≤0, 5, 0≤z≤0, 5, 0≤w≤x, A es Li, Na, K, o cualquier combinación de los mismos, y M es Ca, Ba, Mg o cualquier combinación de los mismos.

2. Aparato de iluminación según la reivindicación 1, en el que la fuente de luz es un diodo emisor de luz (LED) semiconductor.

3. Aparato de iluminación según la reivindicación 2, en el que el LED comprende un semiconductor compuesto de nitruro representado por la fórmula IniGajAlkN, en la que 0≤i; 0≤j, 0≤k, e i+j+k=1.

4. Aparato de iluminación según la reivindicación 1, en el que la fuente de luz comprende un dispositivo de descarga de vapor de gas que emite luz que tiene una intensidad de pico a una longitud de onda entre 250 y 400 nm.

5. Aparato de iluminación de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la composición de fósforo está revestida sobre la superficie de la fuente de luz.

6. Aparato de iluminación según una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que la composición de fósforo es dispersada en un encapsulante que rodea la fuente de luz y la composición de fósforo.

7. Aparato de iluminación según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que la composición de fósforo comprende uno o más fósforos adicionales.

8. Aparato de iluminación según la reivindicación 7, en el que el uno o más fósforos adicionales comprenden: un fluoruro complejo dopado con Mn4+; (Ba, Sr, Ca) 5 (PO4) 3 (Cl, F, OH) : Eu2+; Ca2Si5N8: Ce3+, Eu2+, (Lu, Ca, Li, Mg, Y) 1, 5Al3Si9N16: Eu2+, Ce3+ o (Ba, Sr, Ca) 2Si1-xO4-2x: Eu2+ (en la que 0 ≤ x ≤ 0, 2) , o cualquier combinación de los mismos.

9. Un fósforo que comprende una fórmula general de ( (Sr1-zMz) 1- (x+w) AwCex) 3 (Al1ySiy) O4+y+3 (x-w) F1-y-3 (x-w) , en el que 0<x≤0, 10, 0≤y≤0, 5, 0≤z≤0, 5, 0≤w≤x, A es Li, Na, K o cualquier combinación de los mismos, y M es Ca, Ba, Mg o cualquier combinación de los mismos; y la luz emitida por el fósforo es de color azul-verde a verde, con una longitud de onda de emisión de pico entre 485 nm y 540 nm, usando una longitud de onda de excitación de 405 nm.

10. Un procedimiento para producir un fósforo, en el que el procedimiento comprende:

proporcionar cantidades de compuestos de aluminio, cerio, silicio, que contienen oxígeno, y al menos un metal alcalino-térreo seleccionado de entre el grupo que consiste en Sr, Ba, Ca y sus combinaciones;

mezclar entre sí los compuestos que contienen oxígeno con un compuesto que contiene fluoruro para formar una mezcla; y

a continuación, cocer la mezcla a una temperatura entre 900ºC y 1.700ºC bajo una atmósfera reductora durante un período de tiempo suficiente para convertir la mezcla en un fósforo que comprende una fórmula general de ( (Sr1-zMz) 1- (x+w) AwCex) 3 (Al1-ySiy) O4+y+3 (x-w) F1-y-3 (x-w) , en la que 0 <x≤0, 10, 0≤y≤0, 5, 0≤z≤0, 5, 0≤w≤x, A es Li, Na, K o cualquier combinación de los mismos, y M es Ca, Ba, Mg o cualquier combinación de los mismos; y la luz emitida por el fósforo es de color azul-verde a verde, que tiene una longitud de onda de emisión de pico entre 485 nm y 540 nm, usando una longitud de onda de excitación de 405 nm.