×
31.05.2020
220.018.231a

Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор BaBi(BO)Eu для чипов светодиодов

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области производства источников излучения и касается красноизлучающего термически стабильного фотолюминофора BaBi(ВО) для чипов светодиодов. Фотолюминофор BaBi(ВО) допирован ионами Euи принадлежит к семейству MLn(ВО), где М=Ва, а лантаноиды (Ln) замещены трехвалентным висмутом. При этом катионы Ва и Bi разупорядоченно распределены по трем кристаллографически неэквивалентным позициям кристаллической структуры BaBi(ВО). Технический результат заключается в увеличении оптимальной концентрации ионов допантов и исключения необходимости использования редкоземельных ионов в кристаллической структуре матрицы фотолюминофора. 2 з.п. ф-лы, 6 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к светоизлучающим материалам в «красной» области спектра для индикаторной техники, конкретно к фотолюминофорам (Фл) для чипов светодиодов, излучающих свет при пропускании через него электрического тока, и способу получения такого фотолюминофора.

Актуальность проблемы в рассматриваемой области техники заключается в том, что на сегодняшний день традиционно используемые красноизлучающие фотолюминофоры Y2O3:Eu3+ и Y2O2S:Eu3+ испускают свет с гораздо меньшей интенсивностью чем сине-излучающие и зелено-излучающие фотолюминофоры, что создает трудности при создании чипов для светодиодов на ближнем ультрафиолетовом излучении.

Для оценки новизны заявленного решения рассмотрим ряд известных технических средств аналогичного назначения.

Известен патент US 7274045 для светоизлучающих приложений на основе боратов различных металлов, допированных редкоземельными и переходными элементами. Среди соединений, заявленных в этом патенте, имеется семейство ортоборатов M3Ln2(ВО3)4, допированных Eu2+, Mn2+, Pb2+, Се3+, Eu3+, Tb3+, Bi3+, где М=Mg, Са, Sr, Ва и Zn, a Ln=Sc, Y, La, Gd, Lu. Данное семейство характеризуется тем, что позиции катионов расположены друг от друга на относительно большом расстоянии в элементарной ячейке большого объема.

Оптико-техническая сущность данного решения состоит в том, что двухвалентные ионы допанты занимают в формуле матрицы позиции М, а трехвалентные ионы допанты занимают в формуле матрицы позиции Ln. Чип светодиода (СД), в котором применяются данные фотолюминофоры, имеет полосы излучения в спектральной области 200-500 нм. Данное техническое решение, как наиболее близкое к заявленному по техническому существу и достигаемому результату, принято в качестве прототипа.

Известен фотолюминофор, член данного семейства ортоборатов, с формулой Sr3Y2(BO3)4 (SYB), активированный Eu+3 (L. Не, Y. Wang. J. Alloys Comp. 431 (2007) 226. Doi: 10.1016/j.jallcom.2006.05.047), как перспективный красный фотолюминофор для плазменных панелей. Люминесценция этого соединения, допированного Eu3+, измерена при оптической накачке на длинах волн 254 нм и 147 нм. Данный фотолюминофор проявляет люминесцентные свойства типичные для соединения, допированного Eu3+. Ионы трехвалентного европия входят в нецентросимметричные позиции в кристаллической структуре, что выражается в интенсивной полосе излучения в области 612 нм, которое соответствует электрическому дипольному переходу 5D0-7F2 иона Eu3+. Концентрационное тушение люминесценции при накачке на длине волны 234 нм наступает при 10 ат. % ионов европия (Y. Zhang, Y. Li, Alloys Compd. 384 (2004) 88), на длине волны накачки 254 нм при 15 ат. % и на длине волны накачки 147 нм при 5 ат. % (L. Не, Y. Wang. J. Alloys Comp. 431 (2007) 226.). Координаты цветности значительно лучше, чем у (Y, Gd)BO3: Eu (х=0.640, у=0.359), но интенсивность испускания составляет только 40% от значения (Y, Gd)BO3:Eu3+. Интенсивность испускания повышается с 40% до 60% от значения (Y, Gd)BO3:Eu3+ после содопирования данного фотолюминофора La3+ и Al3+. Таким образом, в данных работах было установлено, что Sr3Y2(BO3)4:Eu3+ является перспективным красноизлучающим вакуумным ультрафиолетовым (VUV) фотолюминофором для плазменных панелей (PDP).

Недостатками данных веществ является высокая стоимость входящих в состав его матрицы редкоземельных элементов, и не самая высокая оптимальная концентрация элемента допанта, после которой наступает тушение люминесценции.

Задачей заявляемого изобретения является увеличению оптимальной концентрации ионов допантов до 50%, а также обеспечение возможности использования менее дорогостоящих химических элементов.

Сущность заявленного технического решения выражается в следующей совокупности существенных признаков, достаточной для решения вышеуказанной задачи изобретения.

Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор Ba3Bi2(ВО3)4, для чипов светодиодов, допированный ионами Eu3+, принадлежащий к семейству M3Ln2(ВО3)4, где М=Ва, а лантаноиды (Ln) замещены трехвалентным висмутом, отличающийся разупорядоченным распределением катионов Ва2+ и Bi3+ по трем кристаллографически неэквивалентным позициям кристаллической структуры Ba3Bi2(ВО3)4.

Кроме того, заявленное техническое решение характеризуется наличием ряда дополнительных факультативных признаков, а именно;

- оптимальная концентрация активных ионов европия составляет 50% по замещению висмута;

- координаты цветности равны (х=0.650, у=0.350) и термически стабильны в интервале температур 299-466 K.

Заявленная совокупность существенных признаков обеспечивает достижение технического результата, который заключается в том, что она приводит к увеличению оптимальной концентрации ионов допантов до 50% (концентрация, при которой наблюдается максимальная интенсивность излучения), а также применению менее дорогостоящих химических элементов. Достигнуто значение оптимальной концентрации иона активатора, превышающее значение в прототипе Sr3Y2(ВО3)4:Eu3+ более чем в три раза, что является основным преимуществом данного фотолюминофора по отношению к его прототипу. Кроме того, снижена стоимость данного фотолюминофора по отношению к прототипу за счет отсутствия редкоземельных ионов в кристаллической структуре матрицы фотолюминофора

Сущность заявляемого технического решения поясняется графическими материалами, где на фиг. 1 представлена кристаллическая структура Ba3Bi2(BO3)4, на фиг. 2а - сопоставление дифрактограмм исследованных образцов с теоретической дифрактограммой Ba3Bi2(BO3)4, на фиг. 2б - зависимости объема элементарной ячейки от концентрации Eu3+, на фиг. 3а - спектры люминесценции Ba3Bi2(BO3)4: Eu3+ при накачке 611 нм, на фиг. 3б - спектры люминесценции Ba3Bi2(BO3)4: Eu3+ при накачке 393 нм (в полосу поглощения Eu3+), на фиг. 4 - зависимость интегральной интенсивности люминесценции от концентрации Eu3+ для Ba3Bi2(BO3)4: Eu3+, на фиг. 5 - спектры люминесценции для Ba3Bi2(Bo3)4:Eu3+ 50 ат. % при разных температурах, на фиг. 6 - распределение катионов Ва2+, Bi3+ и Eu3+ по трем кристаллографически неэквивалентным позициям кристаллической структуры Ba3Bi2(BO3)4: Eu3+.

Серия допированных европием боратов Ba3Bi2(BO3)4: Eu3+ синтезирована методом кристаллизации из расплава при температуре 1200°С и выдержке 30 мин. с последующим медленным охлаждением. В качестве исходных веществ для синтеза фотолюминофоров использовались реактивы ВаСО3, H3BO3, Eu2O3 (все осч) и Bi2O3 (хч). Синтез проводился в платиновых тиглях. После смешивания шихта прессовалась под нагрузкой 90-100 кг/см3.

Допирование Ba3Bi2(BO3)4 ионами Eu3+ осуществлено в широком диапазоне концентрации по формуле Ba3Bi2-xEux(BO3)4: (х=0.005; 0.05, 0.01, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.3, 1.6).

Рентгенофазовый анализ образцов проведен на порошковом дифрактометре Rigaku «MiniFlex II» с монохроматизированным излучением CuKα1+α2. Образцы содержали только фазу Ba3Bi2(BO3)4 (фиг. 2а).

Люминесценция. В материалах, активированных редкоземельными ионами, концентрация активных ионов ограничивается эффектом концентрационного тушения люминесценции, в связи с чем должна быть определена оптимальная концентрация ионов Eu3+ в матрице, соответствующая максимальной интенсивности люминесценции. Для этого синтезирована и исследована концентрационная серия образцов красноизлучающих фотолюминофоров Ba3Bi2-xEux(BO3)4: (х=0.005; 0.05, 0.01, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.3, 1.6).

На спектрах возбуждения концентрационной серии образцов Ba3Bi2-xEux(BO3)4: (х=0.005, 0.05, 0.01, 0.2, 0.3, 0.5, 0.7, 1.0, 1.3, 1.6) при длине волны излучения λem=611 нм обнаружены следующие полосы, соответствующие переходам: 7F0-5L8 (318 нм), 7F0-5D4 (361 нм), 7F0-5L7 (376 и 381 нм), 7F0-5L6 (392 нм), 7F0-5D3 (414 нм), 7F0-5D2 (464 нм), и 7F0-5D1 (525 и 532 нм). На всех спектрах наиболее интенсивной является полоса возбуждения, атрибутированная как переход 7F0-5L6. (фиг. 3а). Для всех образцов измерены спектры люминесценции при накачке в полосу поглощения Eu3+ в области 392 нм (фиг. 3б). Полученные спектры люминесценции имеют несколько характеристических линий, которые описываются как внутренние 4f-4f переходы. Линии, соответствующие переходам 5D0-7F2 (611 нм) и 5D0-7F4 (704 нм) интенсивнее, чем линия 5D0-7F1 (592 нм) перехода, что свидетельствует об отсутствии активных ионов Eu3+ в центросимметричных позициях и совпадает с кристаллографическими данными.

Зависимость интегральной интенсивности люминесценции от концентрации Eu3+ по замещению Bi3+ представлена на фигуре 4. Как видно из фиг. 4, оптимальная концентрация европия находится в области 50 ат. %. Координаты цветности (х=0.650, у=0.350 при 26°С) и интенсивность люминесценции в зависимости от температуры для образца Ba3Bi2(BO3)4:Eu3+ 50 ат. % были измерены в температурном диапазоне 299-466 K при накачке в полосу поглощения Eu3+ в области 392 нм (фиг. 5).

Описание кристаллической структуры Ba3Bi2(BO3)4. Кристаллическая структура уточнена в пространственной группе Pnma. В кристаллической структуре содержатся три кристаллографически независимые позиции М1-М3, заполненные статистически катионами бария и висмута, между ними располагаются атомы бора в треугольной координации атомами кислорода BO3.

Координация Ва и Bi. В позиции M1 координацию можно представить, как искаженный октаэдр с длинами связей 2.665(9)-2.787(9) ; еще два атома кислорода удалены на 2.96 и 3.01 .

В позиции М2 атом Bi имеет три относительно короткие связи Bi-O 2.53(1), 2.63(1) и 2.66(1) . Таким образом, его координацию можно описать как искаженный тетраэдр, в одной из вершин которого расположен атом висмута. В противоположном направлении находится еще шесть связей Bi-O на расстояниях 2.843(9)-3.377(9) . Атом Ва2+ координирован восемью атомами кислорода, более симметрично, чем атом Bi.

В позиции M3, атом Bi координирован асимметрично с образованием пяти связей Bi-O на расстояниях 2.359(9)-2.559(9) ; а Ва образует довольно симметричный восьмивершинный полиэдр.

Во всех трех катионных позициях атом висмута формирует асимметричное окружение, вплоть до формирования тетраэдра BiO3 (M2), где одной из вершин является сам атом висмута, это вызвано наличием стереоактивной неподеленной электронной пары у Bi3+, которая локализована в направлении, противоположном наиболее коротким связям Bi-O, и придает дополнительный объем кристаллической структуре.

В концентрационной серии образцов Ba3Bi2-xEux(BO3)4 при низкой концентрации допантов (х≤1), ионы Eu3+ входят в позицию M2 кристаллической структуры Ba3Bi2(BO3)4. После увеличения концентрации ионов европия больше 50 ат. % (x>1), ионы Eu3+ начинают входить также в позицию М3 кристаллической структуры Ba3Bi2(BO3)4 (фиг. 6). Этим обусловлено концентрационное тушение люминесценции в данном фотолюминофоре, так как расстояние между центрами люминесценции резко сокращается, а число безызлучательных переходом между центрами люминесценции возрастает.

Список использованной литературы

1. Не L., Wang Y. Synthesis of Sr3Y2(BO3)4: Eu3+ and its photoluminescence under UV and VUV excitation. J. Alloys Compd. - 2007. - Vol. 431. - P. 226-229.

2. Zhang Y., Li Y. Red photoluminecence and crystal structure of Sr3Y2(BO3)4. J. Alloys Compd. - 2004. - Vol. 384. - P. 88-92.


Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор BaBi(BO)Eu для чипов светодиодов
Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор BaBi(BO)Eu для чипов светодиодов
Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор BaBi(BO)Eu для чипов светодиодов
Красноизлучающий термически стабильный фотолюминофор BaBi(BO)Eu для чипов светодиодов
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 11-20 of 58 items.
10.02.2015
№216.013.2454

Способ поиска новых кристаллических соединений в стеклообразующих эвтектических оксидных системах, кристаллизующихся в порошке

Изобретение относится к средствам для обнаружения новых кристаллических соединений в системах, не кристаллизующихся в экспериментах ДТА/ДСК в монолитном состоянии. Техническим результатом изобретения является выявление новых кристаллических соединений для стеклообразующих эвтектических систем....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540753
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.02.2015
№216.013.2455

Способ получения высококремнеземного пористого стекла с магнитными свойствами

Изобретение относится к пористым высококремнеземистым стеклам. Технический результат изобретения заключается в получении пористых стекол в форме массивных изделий толщиной 0,1÷2 мм с размерами кристаллитов 5÷20 нм. Объем пор стекла составляет 0,2÷0,6 см/см. В состав базового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002540754
Дата охранного документа: 10.02.2015
10.04.2015
№216.013.3e9c

Способ синтеза в стеклах объемно кристаллизующихся соединений

Изобретение относится к технологиям создания новых материалов и предназначено для использования в области технологии кристаллических и стеклокристаллических материалов. Стекла кристаллизуют в виде крупных кусков в условиях, обеспечивающих быстрое выпадение известных фаз, соответствующих фазовой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547516
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.04.2015
№216.013.406e

Способ получения наночастиц серебра

Изобретение относится к области получения наноразмерных частиц серебра и может быть использовано в технологиях, связанных с применением ультрадисперсных порошков серебра. Способ включает проведение синтеза сереброборатного стекла, выработанного из шихты для синтеза сереброборатного стекла,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002547982
Дата охранного документа: 10.04.2015
10.07.2015
№216.013.5b73

Композитный твердый электролит на основе фаз, кристаллизующихся в системе bio-bao-feо, и способ его получения (варианты)

Изобретение относится к композитному твердому электролиту на основе фаз, кристаллизующихся в системе BiO-BaO-FeO. При этом он содержит, мол.%: BiO - 67-79, BaO - 17-22, FeO - 2-16. Также изобретение относится к вариантам способа получения электролита. Указанные материалы имеют более высокие...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002554952
Дата охранного документа: 10.07.2015
10.07.2015
№216.013.5cb3

Электрохимический роботизированный комплекс для формирования наноразмерных покрытий

Изобретение относится к электрохимической установке для формирования наноразмерного покрытия и может быть использовано в полупроводниковой и электронной промышленности. Установка содержит компьютер, контроллер и манипулятор 1, установленный на стойке 2 с возможностью вращения вокруг...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002555272
Дата охранного документа: 10.07.2015
20.08.2015
№216.013.736b

Способ получения сорбента для очистки растворов от ионов тяжелых металлов

Изобретение относится к получению сорбентов для очистки растворов от ионов тяжелых металлов. Согласно способу нитраты алюминия, магния и натрия растворяют в азотной кислоте с добавлением этилового спирта, в полученную смесь вливают тетраэтоксисилан. Далее проводят осаждение геля состава...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561117
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.12.2015
№216.013.9bad

Состав композиции для получения сегнетоэлектрического материала титаната бария-стронция

Состав композиции для получения сегнетоэлектрического материала титаната бария-стронция предназначен для получения сегнетоэлектрических материалов и может быть использован в области радиоэлектронной промышленности, например, в качестве конденсаторов малых линейных размеров. Шихта для получения...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002571478
Дата охранного документа: 20.12.2015
10.04.2016
№216.015.2e7e

Способ получения синтетического цеолита структурного типа rho

Изобретение относится к области синтеза цеолитов. Способ получения синтетического цеолита структурного типа Rho включает приготовление реакционной смеси, при этом сначала смешивают воду, краун-эфир, гидроксид цезия и гидроксид натрия, затем добавляют алюминат натрия и перемешивают до...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002580723
Дата охранного документа: 10.04.2016
10.08.2016
№216.015.52fb

Способ получения синтез-газа высокотемпературным каталитическим окислительным превращением метана

Изобретение относится к способу получения синтез-газа высокотемпературным каталитическим окислительным превращением метана. Способ заключается в подаче в реактор, в который помещен катализатор, исходной газовой смеси, содержащей смесь метана и углекислого газа и проведении процесса при...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002594161
Дата охранного документа: 10.08.2016
Showing 1-7 of 7 items.
10.11.2013
№216.012.7f71

Устройство визуализации биологических объектов с нанометками

Изобретение относится к области визуализации биологических объектов с нанометками на основе люминесцентно-микроскопического анализа объектов, регистрации изображений в биологии и медицине. Устройство содержит установленную на штативе микроскопическую приставку с инфинитной оптикой, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498298
Дата охранного документа: 10.11.2013
10.08.2015
№216.013.6d78

Халькогенидная подложка для биочипа

Изобретение относится к средствам для анализа белков и может найти применение в клинических и биологических лабораториях. Подложка для биочипа в соответствии с настоящим изобретением выполнена из халькогенидного стекла на стеклянной основе и имеет функциональное покрытие из неорганического...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002559582
Дата охранного документа: 10.08.2015
25.08.2017
№217.015.b4ee

Способ получения гибридных плазмонно-люминесцентных маркеров

Изобретение относится к способам синтеза гибридных наноструктурированных материалов, а именно к способу получения гибридных плазмонно-люминесцентных маркеров. Способ заключается в формировании металлических плазмонных наночастиц на поверхности неорганических люминесцентных наночастиц,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002614245
Дата охранного документа: 24.03.2017
26.08.2017
№217.015.ed0b

Способ получения наноразмерного высоколюминесцентного апатита с примесью европия (eu)

Изобретение относится к материаловедению и может быть использовано для получения надежного люминесцентного маркера в медицине и биологии. Сначала смешивают водные растворы, содержащие катионы Са и Eu, при контроле их концентрации и соотношении в растворе. В качестве источников катионов Са и Eu...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002628610
Дата охранного документа: 21.08.2017
13.06.2019
№219.017.82ac

Способ лазерного нанесения металлических покрытий и проводников на диэлектрики

Изобретение относится к области электротехники, в частности к технологии локализованного нанесения металлических слоев или сложных структур на диэлектрические поверхности. Техническим результатом изобретения является повышение точности задаваемой ширины дорожек и управление составом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002444161
Дата охранного документа: 27.02.2012
06.07.2019
№219.017.a6f1

Красноизлучающий фотолюминофор для экранов плазменных панелей

Изобретение относится к неорганической химии и индикаторной технике и может быть использовано при изготовлении плазменных панелей, возбуждаемых постоянным и переменным полем. Красноизлучающий фотолюминофор, представляющий собой борат состава SrBi(ВО):Eu, получен кристаллизацией из расплава....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002693781
Дата охранного документа: 04.07.2019
16.05.2023
№223.018.63e9

Способ получения люминесцентного материала и управления цветностью его свечения

Изобретение относится к технологии получения новых люминофоров на основе неорганических кристаллических соединений, а именно к способу получения люминесцентного материала и управления цветностью его свечения на основе бората бария и лютеция, допированного ионами Eu. Согласно способу оксиды...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002772826
Дата охранного документа: 26.05.2022
+ добавить свой РИД