RU2801074C1 - Light emitting device - Google Patents

Abstract

FIELD: light-emitting devices.

SUBSTANCE: claimed light-emitting device comprises an LED capable of contacting a power source, a silicate-based fluorescent material capable of changing the wavelength of light and covering a portion of the LED surface. At the same time, a powder of an up-conversion fluorescent material with the following composition: Sr₂Y_(8-х-y)Yb_xEr_ySi₆O₂₆ (x = 0.05-1.0, y = 0.01-0.20)is applied at the output opening of the laser LED at the rate of 5-10 mg/cm² and isolated from the external environment with optically transparent adhesive tape.

EFFECT: simplification of the design, improvement in purity of red light and the possibility of a smooth shift of the maximum of the red radiation band without changing the composition of the fluorescent material.

1 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к светоизлучающим устройствам, которые могут быть использованы, например, в электронных устройствах, таких как бытовые приборы, стереоаппаратура, изделия для передачи данных, для клавишной панели специализированных дисплеев. Кроме того, его можно применять в медицинских инструментах и в осветительных изделиях.The invention relates to light-emitting devices that can be used, for example, in electronic devices such as household appliances, stereo equipment, data communication products, for keypads of specialized displays. In addition, it can be used in medical instruments and lighting products.

Известно светоизлучающее устройство, содержащее: по меньшей мере, один светодиод, выполненный с возможностью излучения света; и люминофор, выполненный с возможностью изменения длины волны света, причем люминофор по существу покрывает по меньшей мере участок светодиода; при этом люминофор содержит алюминат, содержащий свинец и/или медь, силикат, содержащий свинец и/или медь, антимонат, содержащий свинец и/или медь, германат, содержащий свинец и/или медь, германат-силикат, содержащий свинец и/или медь, фосфат, содержащий свинец и/или медь, или любую их комбинацию (патент RU 2359352, МПК H01L 33/00, 2009 год).A light emitting device is known, comprising: at least one LED configured to emit light; and a phosphor configured to change the wavelength of the light, the phosphor substantially covering at least a portion of the LED; while the phosphor contains aluminate containing lead and/or copper, silicate containing lead and/or copper, antimonate containing lead and/or copper, germanate containing lead and/or copper, germanate-silicate containing lead and/or copper , a phosphate containing lead and/or copper, or any combination thereof (patent RU 2359352, IPC H01L 33/00, 2009).

Однако известное светоизлучающее устройство имеет ряд недостатков, а именно, наряду с достаточно сложной конструкцией, наличие в спектре излучения широкой красной полосы с полушириной до 200 нм ухудшает чистоту красного света, кроме того, сдвиг максимума полосы красного излучения происходит только при варьировании разных составов люминофора.However, the known light-emitting device has a number of disadvantages, namely, along with a rather complex design, the presence in the emission spectrum of a wide red band with a half-width of up to 200 nm worsens the purity of red light, in addition, the shift of the maximum of the red emission band occurs only when different compositions of the phosphor are varied.

Таким образом, перед авторами стояла задача разработать светоизлучающее устройство простой конструкции, обеспечивающее улучшение чистоты красного света и возможность плавного сдвига максимума полосы красного излучения без изменения состава люминофора.Thus, the authors were faced with the task of developing a light-emitting device of a simple design that improves the purity of red light and the possibility of smoothly shifting the maximum of the red emission band without changing the composition of the phosphor.

Поставленная задача решена в предлагаемой конструкции светоизлучающего устройства, содержащего светодиод, выполненный с возможностью контактирования с источником питания, люминофор на основе силиката, выполненный с возможностью изменения длины волны света и покрывающий участок поверхности светодиода, в котором на выходное отверстие лазерного светодиода, покрытое оптически прозрачным скотчем, равномерно нанесен порошок ап-конверсионного люминофора состава Sr₂Y_(8-х-y)Yb_xEr_ySi₆O₂₆ (x = 0.05-1.0, y = 0.01-0.20) из расчета 5-10 мг/см², изолированный от внешней среды оптически прозрачным скотчем.The problem is solved in the proposed design of a light-emitting device containing a light-emitting diode made with the possibility of contacting with a power source, a silicate-based phosphor made with the possibility of changing the wavelength of light and covering the surface area of the light-emitting diode, in which the output hole of the laser light-emitting diode, covered with optically transparent adhesive tape , the powder of the up-conversion phosphor composition Sr ₂ Y _(8-х-y) Yb _x Er _y Si ₆ O ₂₆ (x = 0.05-1.0, y = 0.01-0.20) is evenly applied at the rate of 5-10 mg/cm ² , isolated from the external environment with optically transparent adhesive tape.

В настоящее время из патентной и научно-технической литературы не известно светоизлучающее устройство, в конструкции которого совмещены лазерный светодиод и ап-конверсионный люминофор на основе сложного силиката.Currently, no light-emitting device is known from the patent and scientific and technical literature, the design of which combines a laser LED and an up-conversion phosphor based on a complex silicate.

Как показали исследования, проведенные автором, работа предлагаемого светоизлучающего устройства обеспечивает высокую степень чистоты красного света и плавный сдвиг максимума полосы красного излучения без изменения состава люминофора, что объясняется свойствами используемого в конструкции ап-люминофора (RU 2626020), которые были выявлены авторами. Так, изменение значений длин волн красного излучения предлагаемого люминофора при возбуждении его лазером с длиной волны 980 нм наблюдается при изменении мощности (P) возбуждающего излучения в интервале 20-99 мВт. Из-за изменения мощности накачки происходит изменение населенностей уровня ⁴F_9/2 ионов Er³⁺ с участием фононов кристаллической решетки люминофора, которое вызывает сдвиг полосы красного излучения и вариации интенсивности свечения. Анализ спектров ап-конверсионной фотолюминесценции показал, что при выходе за пределы мощности 20-99 мВт сдвига длины волны красного излучения не происходит из-за уменьшения числа фононов, участвующих в процессе возбуждения уровня ⁴F_9/2 ионов Er³⁺. Из фиг.1 видно, что при изменении мощности лазерной накачки от 99 до 20 мВт происходит сдвиг полосы свечения перехода ⁴F_9/2 → ⁴I_15/2 с максимумом от 677 до 617 нм.As studies conducted by the author have shown, the operation of the proposed light-emitting device provides a high degree of purity of red light and a smooth shift of the maximum of the red emission band without changing the composition of the phosphor, which is explained by the properties of the aluminophore used in the design (RU 2626020), which were identified by the authors. Thus, the change in the values of the wavelengths of the red radiation of the proposed phosphor when it is excited by a laser with a wavelength of 980 nm is observed when the power (P) of the exciting radiation changes in the range of 20-99 mW. Due to a change in the pump power, the populations of the ⁴ F _9/2 level of Er ³⁺ ions change with the participation of phosphor crystal lattice phonons, which causes a shift in the red emission band and variations in the luminescence intensity. An analysis of the up-conversion photoluminescence spectra showed that when the power exceeds 20–99 mW, the red radiation wavelength does not shift due to a decrease in the number of phonons involved in the process of excitation of ^{the 4} F _9/2 level of Er ³⁺ ions. From Fig.1 it can be seen that when the laser pump power is changed from 99 to 20 mW, the emission band of ^{the 4} F _9/2 → ⁴ I _15/2 transition is shifted with a maximum from 677 to 617 nm.

На фиг. 1 представлены характерные спектры ап-конверсии люминофора Sr₂Y_6.8Yb₁Er_0.2Si₆O₂₆ при различной мощности возбуждения.In FIG. Figure 1 shows the characteristic up-conversion spectra of the Sr ₂ Y _6.8 Yb ₁ Er _0.2 Si ₆ O ₂₆ phosphor at different excitation powers.

На фиг. 2 показан в разрезе вид сбоку предлагаемого устройства. Устройство содержит лазерный светодиод (1), оснащенный тремя ножками I, II, III, предназначенными для подключения к источнику тока и управления (регулировать или ограничивать) током лазера; выходное отверстие лазерного светодиода (1) покрыто клейкой стороной оптически прозрачного скотча (2), на противоположную сторону скотча равномерно нанесен порошок ап-конверсионного люминофора (3) состава Sr₂Y_(8-х-y)Yb_xEr_ySi₆O₂₆ (x = 0.05-1.0, y = 0.01-0.20) из расчета 5-10 мг/см², изолированный от внешней среды оптически прозрачным скотчем (4).In FIG. 2 is a sectional side view of the device according to the invention. The device contains a laser LED (1) equipped with three legs I, II, III, designed to connect to a current source and control (regulate or limit) the laser current; the output hole of the laser LED (1) is covered with the adhesive side of the optically transparent adhesive tape (2), on the opposite side of the adhesive tape, the powder of the up-conversion phosphor (3) of the composition Sr ₂ Y _(8-x-y) Yb _x Er _y Si ₆ O ₂₆ is evenly applied (x = 0.05-1.0, y = 0.01-0.20) at the rate of 5-10 mg/ ^cm2 , isolated from the environment with optically transparent tape (4).

Предлагаемое светоизлучающее устройство работает следующим образом. К ножкам I и III лазерного светодиода подключается минус и плюс источника питания 3 вольта. В качестве источника питания постоянного тока используется драйвер (марка LDTC). Ножка II является нерабочей. При включении источника питания излучение лазера (980 нм) возбуждает ап-конверсионный люминофор, который излучает красное свечение. При изменении тока драйвера можно изменять мощность диода. В результате изменения мощности от 99 до 20 мВт происходит сдвиг полосы красного излучения с максимумом от 677 до 617 нм.The proposed light-emitting device works as follows. The minus and plus of a 3 volt power source are connected to the legs I and III of the laser LED. A driver (LDTC brand) is used as a DC power supply. Leg II is non-working. When the power supply is turned on, laser radiation (980 nm) excites an up-conversion phosphor, which emits a red glow. By changing the driver current, you can change the power of the diode. As a result of changing the power from 99 to 20 mW, the red emission band shifts with a maximum from 677 to 617 nm.

Таким образом, автором предлагается светоизлучающее устройство простой конструкции, обеспечивающее улучшение чистоты красного света и возможность плавного сдвига максимума полосы красного излучения без изменения состава люминофора.Thus, the author proposes a light-emitting device of a simple design, which provides an improvement in the purity of red light and the possibility of a smooth shift of the maximum of the red emission band without changing the composition of the phosphor.

Claims (1)

Светоизлучающее устройство, содержащее светодиод, выполненный с возможностью контактирования с источником питания, люминофор на основе силиката, выполненный с возможностью изменения длины волны света и покрывающий участок поверхности светодиода, отличающийся тем, что на выходное отверстие лазерного светодиода, покрытое оптически прозрачным скотчем, нанесен порошок ап-конверсионного люминофора состава Sr₂Y_(8-х-y)Yb_xЕr_ySi₆O₂₆ (x = 0.05‒1.0, y = 0.01‒0.20) из расчета 5-10 мг/см², изолированный от внешней среды оптически прозрачным скотчем. A light-emitting device containing an LED capable of contacting a power source, a silicate-based phosphor capable of changing the wavelength of light and covering an area of the LED surface, characterized in that powder ap -conversion phosphor composition Sr ₂ Y _(8-х-y) Yb _x Еr _y Si ₆ O ₂₆ (x = 0.05 – 1.0, y = 0.01 – 0.20) at the rate of 5-10 mg/cm ² , optically isolated from the external environment transparent tape.