RU2456712C1

RU2456712C1 - White light source

Info

Publication number: RU2456712C1
Application number: RU2011108184/28A
Authority: RU
Inventors: Борис Сергеевич Редькин (RU); Борис Сергеевич Редькин; Виталий Витальевич Синицын (RU); Виталий Витальевич Синицын; Виталий Владимирович Кведер (RU); Виталий Владимирович Кведер; Николай Николаевич Колесников (RU); Николай Николаевич Колесников; Евгений Генрихович Понятовский (RU); Евгений Генрихович Понятовский; Семен Залманович Шмурак (RU); Семен Залманович Шмурак; Александр Петрович Киселев (RU); Александр Петрович Киселев
Priority date: 2011-03-02
Filing date: 2011-03-02
Publication date: 2012-07-20

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: source, which forms white light through additive mixing of red, green and blue light, consisting of a blue light source and a fluorescent layer made from crystalline gadolinium molybdate Gd₂(MoO₄)₃, doped with thulium, terbium and europium. The blue light source directly illuminates the fluorescent layer in which there is emission of red, green and blue light and additive mixture thereof, resulting in white light emission.

EFFECT: simple design of a white light source.

6 dwg

Description

Изобретение относится к области источников, излучающих белый свет, сформированный по схеме «красный-зеленый-синий» (КЗС), то есть путем аддитивного смешения красного, зеленого и синего света.The invention relates to the field of sources emitting white light, formed according to the scheme "red-green-blue" (GLC), that is, by additive mixing of red, green and blue light.

Известен источник белого света, сформированного по схеме КЗС, состоящий из источника ультрафиолетового (УФ) света и трех отдельных элементов, содержащих люминофоры [Liu Shengfeng, Tao Dejie, Yuan Xianlong, Li Yi Qun. Nitride-based red-emitting phosphors in RGB (red-green-blue) lighting systems. WO 2010/074963 A1] - аналог, в котором УФ-свет проходит через раздельные элементы, один из которых состоит из люминофора, излучающего красный свет, второй состоит из люминофора, излучающего зеленый свет и третий содержит люминофор, испускающий синий свет под действием УФ-излучения.A known source of white light formed according to the GLC scheme, consisting of a source of ultraviolet (UV) light and three separate elements containing phosphors [Liu Shengfeng, Tao Dejie, Yuan Xianlong, Li Yi Qun. Nitride-based red-emitting phosphors in RGB (red-green-blue) lighting systems. WO 2010/074963 A1] is an analogue in which UV light passes through separate elements, one of which consists of a phosphor emitting red light, the second consists of a phosphor emitting green light and the third contains a phosphor emitting blue light when exposed to UV radiation.

Основным недостатком такого источника является его сложность: устройство состоит из четырех элементов, причем для получения белого света дополнительно требуется аддитивное смешение трех лучей (красного, зеленого и синего).The main disadvantage of such a source is its complexity: the device consists of four elements, and for receiving white light, an additive mixing of three rays (red, green and blue) is additionally required.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому решению является источник белого света, сформированного по схеме КЗС, состоящий из источника синего света и слоя смеси двух флюоресцентных материалов. При облучении синим один из них испускает красный, а другой - зеленый свет. Источник синего света отделен от флюоресцентного слоя прозрачной перегородкой, необходимой для однородного освещения флюоресцентного слоя [С.Н.Lowery. Multiple encapsulation of phosphor-LED devices. US 005959316 A] - прототип. Такое устройство конструктивно проще, так как содержит всего три активных элемента. Кроме того, смешение цветов происходит непосредственно в слое смеси люминофоров, что также упрощает источник белого света.The closest in technical essence to the proposed solution is a white light source formed according to the GLC scheme, consisting of a blue light source and a layer of a mixture of two fluorescent materials. When irradiated with blue, one of them emits red, and the other emits green light. The blue light source is separated from the fluorescent layer by a transparent partition necessary for uniform illumination of the fluorescent layer [C. N. Powery. Multiple encapsulation of phosphor-LED devices. US 005959316 A] is a prototype. Such a device is structurally simpler, since it contains only three active elements. In addition, color mixing occurs directly in the layer of the phosphor mixture, which also simplifies the source of white light.

Тем не менее, источник-прототип остается достаточно сложным, так как требует высокой однородности освещения флюоресцентного слоя синим светом, что достигается введением специальной прозрачной перегородки. Кроме того, во флюоресцентном слое возникают значительные потери интенсивности излучения за счет поглощения и рассеяния света.Nevertheless, the prototype source remains quite complex, since it requires high uniformity of illumination of the fluorescent layer with blue light, which is achieved by introducing a special transparent partition. In addition, significant losses in the radiation intensity occur due to absorption and scattering of light in the fluorescent layer.

Задачей настоящего изобретения является упрощение конструкции источника белого света.An object of the present invention is to simplify the design of a white light source.

Поставленная задача решается тем, что в известном устройстве, включающем источник синего света и флюоресцентный слой, флюоресцентный слой выполнен из кристаллического молибдата гадолиния Gd₂(MoО₄)₃, легированного туллием, тербием и европием.The problem is solved in that in the known device including a blue light source and a fluorescent layer, the fluorescent layer is made of crystalline gadolinium molybdate Gd ₂ (MoО ₄ ) ₃ doped with thulium, terbium and europium.

Молибдат гадолиния, легированный туллием, при облучении синим светом с максимумом интенсивности в диапазоне длин волн 370-390 нм излучает синий же свет, но с максимумом полосы излучения на длине волны 453 нм, что иллюстрируется спектром люминесценции Фиг.1. Gd₂(MoО₄)₃, легированный тербием, при облучении синим светом с максимумом интенсивности в диапазоне длин волн 370-390 нм излучает зеленый свет с максимумами полос излучения на длинах волн 543 нм и 548 нм, что показано спектром люминесценции Фиг.2. Молибдат гадолиния, легированный европием, при облучении синим светом с максимумом интенсивности в диапазоне длин волн 370-390 нм, излучает красный свет с максимумом полосы излучения 615 нм, что иллюстрируется спектром люминесценции Фиг.3.Thallium doped gadolinium molybdate, when irradiated with blue light with a maximum intensity in the wavelength range of 370-390 nm, emits blue light, but with a maximum emission band at a wavelength of 453 nm, as illustrated by the luminescence spectrum of Figure 1. Terbium doped Gd ₂ (MoО ₄ ) ₃ , when irradiated with blue light with a maximum intensity in the wavelength range of 370-390 nm, emits green light with maximum emission bands at 543 nm and 548 nm, as shown by the luminescence spectrum of Figure 2. Europium-doped gadolinium molybdate, when irradiated with blue light with a maximum intensity in the wavelength range of 370-390 nm, emits red light with a maximum emission band of 615 nm, as illustrated by the luminescence spectrum of Figure 3.

При совместном легировании Gd₂(MoО₄)₃ туллием, тербием и европием облучение кристалла синим светом с максимумом интенсивности в диапазоне длин волн 370-390 нм приводит к независимому излучению всех трех оптически активных центров, что показано на спектре люминесценции Фиг.4. При этом, за счет аддитивного смешения, визуально фиксируется белое излучение, что подтверждается фотографией Фиг.5, где 1 - светодиод, излучающий синий свет с максимумом интенсивности в диапазоне длин волн 370-390 нм, 2 - кристалл Gd₂(MoО₄)₃, легированный туллием, тербием и европием, 3 - область кристалла, через которую проходит излучение светодиода. На Фиг.5 видно, что эта область излучает белый свет.When doping Gd ₂ (MoО ₄ ) _{3 with} thulium, terbium and europium together, irradiating the crystal with blue light with a maximum intensity in the wavelength range of 370-390 nm leads to the independent emission of all three optically active centers, which is shown in the luminescence spectrum of Figure 4. At the same time, due to the additive mixing, white radiation is visually recorded, which is confirmed by the photograph of Figure 5, where 1 is an LED emitting blue light with a maximum intensity in the wavelength range of 370-390 nm, 2 is a Gd ₂ (MoО ₄ ) ₃ crystal doped with thulium, terbium, and europium; 3 — the region of the crystal through which the LED radiation passes. Figure 5 shows that this region emits white light.

Предлагаемый источник белого света работает следующим образом. Источник синего света с максимумом интенсивности в диапазоне длин волн 370-390 нм освещает непосредственно флюоресцентный слой, в котором происходит излучение красного, зеленого и синего света и в результате их аддитивного смешения формируется белый свет.The proposed white light source operates as follows. A blue light source with a maximum intensity in the wavelength range of 370-390 nm directly illuminates the fluorescent layer in which red, green and blue light emits and as a result of their additive mixing, white light is formed.

Конструкция такого источника проще, чем у устройства-прототипа, так как она содержит всего два элемента - источник синего света и флюоресцентный слой. Необходимость использования прозрачной перегородки между этими элементами отпадает, так как ее роль играет сам кристаллический молибдат гадолиния, обладающий значительной прозрачностью. Высокое светопропускание Gd₂(MoО₄)₃ легированного туллием, тербием и европием иллюстрируется спектром Фиг.6, где представлена кривая пропускания света видимого диапазона, полученная от кристаллического образца большой толщины (12,5 мм).The design of such a source is simpler than that of the prototype device, since it contains only two elements - a blue light source and a fluorescent layer. The need to use a transparent partition between these elements disappears, since its role is played by the crystalline gadolinium molybdate itself, which has significant transparency. The high light transmission of Gd ₂ (MoO ₄ ) ₃ doped with thulium, terbium, and europium is illustrated by the spectrum of Fig. 6, which shows the visible light transmission curve obtained from a crystalline sample of large thickness (12.5 mm).

При этом потери интенсивности излучения во флюоресцентном слое малы вследствие его высокого светопропускания, что также подтверждается спектром Фиг.6.Moreover, the loss of radiation intensity in the fluorescent layer is small due to its high light transmission, which is also confirmed by the spectrum of Fig.6.

Важно отметить, что Gd₂(MoО₄)₃, легированный туллием, тербием и европием, является термически стабильным в широком температурном интервале и характеризуется высокой радиационной стойкостью, что позволяет использовать предлагаемый источник белого света в различных практических применениях.It is important to note that Gd ₂ (MoО ₄ ) ₃ doped with thulium, terbium, and europium is thermally stable over a wide temperature range and is characterized by high radiation resistance, which makes it possible to use the proposed white light source in various practical applications.

Claims

A white light source consisting of a blue light source and a fluorescent layer, characterized in that the fluorescent layer is made of crystalline gadolinium molybdate Gd ₂ (MoO ₄ ) ₃ doped with thulium, terbium and europium.