Как нанести люминофор на светодиод

Как нанести люминофор на светодиод

Итак, — Друзья, Коллеги, — возник такой вопрос относительно целесообразности применения — Нового вида люминофора на синих светодиодах!

Наша команда совместно с научно-практической группой — разработала Новый тип, но главное новый Вид — люминофора.

Люминофор в виде тонюсенькой — пленочки, которая приделывается к самому обыкновенному Синему светодиоду, то есть светодиоду, но без обычного геля-люминофора.

Прикладываю фото как есть, демонстрационного образца с нашим Люминофором

Есть синий отдельно и те же синие, но с наклееными пленками с фотолюминофорами соотвествующих цветов.
Понятно что фотоаппарат не передает цвета толком, но где то приблизительно так.

И что интересно на этих светодиодах кажется что установлена линза, хотя приклеена плоская пленка.

Хотелось бы узнать мнения — было б такое решение востребовано, ну или — интересно!?

С уважением, —
Altyc

Re: НОВЫЙ ЛЮМИНОФОР (нужны советы, мнения)

iurii » 22 авг 2015, 13:51

Re: НОВЫЙ ЛЮМИНОФОР (нужны советы, мнения)

Altyc » 22 авг 2015, 14:59

День добрый! И что б смеха не было от не знания вопроса:

На данный момент большинство коммерческих LED производится на основе синих чипов InGaN и желтого люминофора – конвертора. Белый свет получается за счет аддитивного смешения синего и желтого излучений.

Недостаток: избыток синего и нехватка зеленого и красного цветов в спектре. Низкий уровень цветопередачи.

Решение проблемы: комбинация синего чипа и смеси новых люминофоров конверторов- зелёного и красного (что дает видимый полный солнечный спектр).

Для этого разработан:
новый тип зелёного люминофора, с параметрами:
• Область поглощения 440-470 nm
• Пик высвечивания500-511 nm
• Конверсионная эффективность90 %
(смотреть приложенное изображение — Зеленый люминофор)

и новый тип красного люминофора, с параметрами:
• Область поглощения 400-470 nm
• Пик высвечивания 652-660 nm
• Конверсионная эффективность 80 %
(смотреть приложенное изображение — Красный люминофор)

На этой основе изготовлен новый тип широко спектрального LED
•Использовался синий чип Semiled-457 нм
• Имеем — RGBспектр высвечивания
• Получена эффективность не менее 100 lm/watt
•Цветовая температура 3500 K
• ЦветопередачаCRI> 95
(смотреть приложенное изображение — Широко спектральный LED)

Таким образом — есть над чем дальше работать!

Re: НОВЫЙ ЛЮМИНОФОР (нужны советы, мнения)

vadimka » 22 авг 2015, 15:58

Re: НОВЫЙ ЛЮМИНОФОР (нужны советы, мнения)

Altyc » 22 авг 2015, 17:40

Доброго дня уважаемый — vadimka
Вы спросили, чем наш Люминофор — лучше, ну так хотя бы этим:

Новый тип высокоэффективного композита для конверторов синих светодиодов

В композите для коммерческих светодиодов (LED) в качестве связки для люминофора (конвертора) используется оптический силикон. Однако:
•Силикон имеет низкую теплопроводность (не более 0.1 Вт/М*К) и низкую радиационную стойкость, что приводит к перегреву кристаллов LED, помутнению силикона и сегрегации люминофора, и как следствие ухудшается CRI, падает конверсионная эффективность люминофора. Эффект ThermalQuenchingofluminescence. Силиконовые (органические) наполнители начинают ускоренно разлагаться при температуре выше 90°С.
•Из-за отражений света на границах перехода сред вследствие разницы коэффициентов преломления (GaN-2.2, Люминофор-1.84, Силикон- 1.56) потери света достигают порядка 20 %.
•Стоимость коммерческого оптического силикона превышает $ 1 за 1г и составляет больше половины стоимости LED.

Разработан состав композита, в котором в качестве связки для люминофора используется новый тип геля и имеющий лучшие параметры:
• Повышенная температуростойкость. Новый тип геля выдерживает длительно температуру до 150 °С
• Коэффициент преломления геля достигает – 1.7, что повышает полный световой поток по сравнению с композитом на силиконе на 20%
• Компоненты геля выпускаются Российским производителем и стоимость его на порядок ниже, чем у оптического силикона DowCorning
•Композит технологичен. Может наноситься непосредственно на чип светодиода, распылением на плоскости (удаленный люминофор), формоваться в виде линз.

Судите и сравните сами:
Коммерческий светодиод с композитом на оптическом силиконе
• Полный световой поток для светодиода
мощностью один ватт: 100 Лм
•Цветовые координаты: попадают в бин белого цвета
•Коррелированная цветовая температура: 5400 К
(смотрите приложенное изображение — Светодиод с композитом на оптическом силиконе)

Светодиод с нашим композитом, Нового состава
• Полный световой поток для светодиода
мощностью один ватт: 120 Лм
•Цветовые координаты: попадают в бин
белого цвета
• Коррелированная цветовая температура:
5000 К
(смотрите приложенное изображение — Светодиод с композитом нового состава)

Как нанести люминофор на светодиод

Способы получения белых светодиодов

Как известно, диоды, в отличие от ламп накаливания, излучают монохромный свет в очень небольшом диапазоне длин волн. Как же удается добиться белого свечения, которое не является монохромным и представляет собой совокупность всех видимых частей спектра? В этой статье мы рассмотрим основные способы получения светодиодов белого цвета.

Как известно, диоды, в отличие от ламп накаливания, излучают монохромный свет в очень небольшом диапазоне длин волн. Как же удается добиться белого свечения, которое не является монохромным и представляет собой совокупность всех видимых частей спектра? В этой статье мы рассмотрим основные способы получения светодиодов белого цвета.

На сегодняшний момент на практике используют две основные методики получения белого света. Первая заключается в нанесении на поверхность светодиода люминофора. Обычно люминофор наносят трех цветов – красного, зеленого и голубого. Либо свечение от голубого светодиода смешивают с излучением зеленого и красного люминофора, либо желто-зеленого. Это самый распространённый способ получения белого свечения на данный момент, так как он не требует больших затрат и позволяет достичь определенного оттенка белого цвета, в зависимости от требований покупателя, от теплого (2500К) до холодного (5000К). Но данный способ имеет недостаток – нанести люминофор равномерно достаточно проблематично, в связи с чем возможно искажение цвета. Так же люминофор значительно менее долговечен, в отличие от диода, что снижает потенциальный срок службы продукции.

Вторая методика заключается в смешивании излучений трех диодов красного, зеленого и голубого цветов. Кристаллы в этом случае располагают на одной матрице, а смешение получают за счет использования оптики. Этот способ более затратный, но в то же время значительно гибче: есть возможность получить различные оттенки белого, изменяя интенсивность и направленность световых лучей диодов. Также эта методика позволяет добиться значительно более яркого света. Но этот способ имеет очень важный недостаток – так как светодиоды при работе нагреваются и со временем изменяется интенсивность свечения каждого из них, при этом кристаллы деградирует с разной скоростью, эффект от смешения постепенно изменяется. Причем исправить последствия «старения» диодов очень сложно и затратно.

Как получить белый свет с использованием светодиодов?

Как получить белый свет с использованием светодиодов?

и синий светодиоды

зеленый и красный

Существует три способа получения белого света от светодиодов. Первый — смешивание цветов по технологии RGB. На одной матрице плотно размещаются красные, голубые и зеленые светодиоды, излучение которых смешивается при помощи оптической системы, например линзы. В результате получается белый свет. Второй способ заключается в том, что на поверхность светодиода, излучающего в ультрафиолетовом диапазоне (есть и такие), наносится три люминофора, излучающих, соответственно, голубой, зеленый и красный свет. Это похоже на то, как светит люминесцентная лампа. И, наконец, в третьем способе желто-зеленый или зеленый плюс красный люминофор наносятся на голубой светодиод, так что два или три излучения смешиваются, образуя белый или близкий к белому свет.

Синий светодиод

Синий светодиод — светоизлучающий оптоэлектронный полупроводниковый прибор с синим цветом свечения.

Это светодиод, основанный на полупроводниках с большой шириной запрещённой зоны, поскольку энергия излучаемых фотонов, возникающих при рекомбинации электронов и дырок, зависит именно от этой величины.

Технология дозирования люминофора методом струйного распыления от ASYMTEK

В последнее время рынок светодиодов белого свечения быстро развивается. Прогнозируется сохранение этих тенденций и на обозримое будущее. Наиболее значимым фактором развития рынка является использование светодиодов белого свечения в качестве подсветки экранов ЖК-телевизоров, мониторов, портативных и настольных компьютеров, а также других мобильных устройств. Все шире используются и системы светодиодного освещения, а доля ламп накаливания постоянно сокращается. Производители светодиодов ориентируются на жесткие требования, предъявляемые Международной комиссией по освещению (МКО), вне зависимости от области применения производимых изделий с целью постоянного повышения качества.

Одна из наиболее критичных операций технологического процесса (с точки зрения обеспечения светоизлучающих характеристик светодиода) — дозирование силиконового состава с люминофорным наполнителем. До недавнего времени эта операция проводилась при помощи устройств с обычной дозаторной иглой, однако сейчас все шире применяется струйное распыление. Хотя использование струйного распыления вместо стандартного дозирования посредством игл является относительно новым процессом, сама по себе струйная технология существует уже более 20 лет и имеет много преимуществ. При помощи этой технологии могут быть решены многие проблемы, возникающие при дозировании люминофора стандартными методами, а также снижена конечная стоимость готового светодиода при применении специально разработанных под производство светодиодов автоматических дозаторных систем.

МКО (или CIE, от французского — Commission internationale de l’éclairage) — организация, утвердившая многие стандарты на цвета, излучение, цветовые пространства и схемы. Цветовое пространство CIE 1931 XYZ — одно из первых, что было математически описано. Двоичное кодирование — это самый простой и короткий метод описания характеристик светодиода. Код состоит из четырех частей: световой поток, оттенок, прямое напряжение и цветность. Конечной целью производства является получение светодиода необходимого белого свечения, а одним из важнейших параметров при производстве является нанесение точного количества люминофора, которое влияет на цвет излучения светодиода.

Многие компании встречаются с серьезными трудностями при производстве светодиодов, соответствующих требованиям МКО, поскольку на конечные характеристики светодиода влияет несколько переменных: качество светодиодного кристалла, качество и количество люминофора, структура нанесения и воспроизводимость технологических режимов.

Люминофор должен быть нанесен чрезвычайно точно. Во многих зарубежных производственных компаниях проходят частые инспекции со стороны МКО. Поэтому там проводят калибровку оборудования для удовлетворения поставленных жестких производственных требований. Зачастую измеряются параметры дозирования для каждой десятой выводной рамки, которая насчитывает сотни светодиодов. Контроль параметров на соответствие требованиям МКО происходит после нанесения люминофора. Эти данные используются для калибровки давления в дозаторах. Например, если в результате тестов выявляется, что цвет свечения светодиодов смещается к желтому, то люминофор следует подавать под меньшим давлением, уменьшается и объем дозирования, что в итоге приводит к возврату к белому свечению и достижению поставленных требований. Однако, сосредоточившись в основном на контроле, безусловно, очень важного процесса нанесения люминофора, нельзя упускать множество других факторов, которые также требуют жесткого контроля и влияют на конечный результат.

Поэтому оборудование дозирования люминофора, соответствующее требованиям МКО, является одной из важнейших составных частей производственного процесса светодиодов.

При выпуске продукции в полном соответствии с требованиями МКО производственные затраты светодиодных компаний должны уменьшиться, поскольку применение строго стандартных материалов и оборудования более экономично, нежели проведение частых инспекционных комиссий и калибровочных процедур.

Если оборудование, используемое для дозирования люминофора, обеспечивает высокий уровень точности и повторяемости, выпускаемые светодиоды будут иметь гораздо меньше отклонений от предъявляемых требований и частота проводимых инспекционных мероприятий может быть существенно снижена.

Процессы дозирования в светодиодном производстве

Силикон — сложное для дозирования вещество, поскольку он обладает высокой вязкостью и адгезионной способностью. При использовании дозаторных игл для отрыва остатков компаунда от иглы требуется возвратное движение иглы с большой амплитудой (рис. 1). Это ведет к лишним потерям времени, а также к браку из-за неконтролируемых «хвостов» материала.

Рис. 1. Нанесение компаунда при помощи дозаторных игл

В компании Nordson ASYMTEK столкнулись с этой проблемой при разработке технологии струйного дозирования. Для ее решения было разработано «активное сопло», предотвращающее образование таких остаточных «хвостов» и способствующее быстрому отделению компаунда без амплитудных движений дозатора.

В этой технологии используется распылительное сопло вместо иглы, которое, благодаря специальной конструкции, имеет множество преимуществ (рис. 2).

Рис. 2. Струйное распыление с использованием «активного сопла»

При помощи струйного распыления необходимый объем может быть заполнен гораздо быстрее, чем при дозировании с помощью иглы, и с гораздо большей точностью. Остатки состава с люминофорным наполнителем, образуемые при дозировании посредством игл, зачастую попадают на поверхность светодиодов, а также приводят к отклонениям реальных доз люминофора от заданных. Системы же струйного распыления сэкономят время и трудозатраты, помогая избежать этих явлений.

В условиях реального производства достигнута производительность более чем 20 000 шт./ч для выводных рамок с 5630 светодиодами при использовании специализированной системы Nordson ASYMTEK для светодиодного производства, оснащенной всего одной распылительной головкой и конвейером с подачей одновременно двух рамок. Максимальная же производительность для этой технологии была получена в лаборатории ASYMTEK и составила 24 000 шт./ч.

Оседание частиц люминофора в силиконовом компаунде — также одна из задач, которую необходимо решать при дозировании: состав с частичками меньшего размера в среде с высокой вязкостью не является проблемой для дозаторных систем, а вот более крупные частицы люминофора, находящиеся в среде с низкой вязкостью, уже могут образовывать осадок. Для решения этой проблемы дозаторы оснащают разнообразными системами взбалтывания, препятствующими образованию осадка.

Система самокалибровки процесса струйного дозирования

Жидкость силиконового люминофора изменяет свою вязкость с течением времени из-за его застывания и отверждения, изменения комнатной температуры и прочих факторов. Эти изменения серьезно влияют на точность веса дозы люминофора, повторяемость и время дозирования. Самокалибровочный процесс струйного дозирования (Calibrated Process Jetting, CPJ+) — это передовое программное обеспечение, которое было недавно разработано для автоматической подстройки параметров дозирования при применении в производстве светодиодов для удовлетворения требований по допустимым отклонениям от заданного объема дозы люминофора.

Пользователи могут задать все необходимые параметры и допуски на объем (вес) дозы, точность позиционирования дозатора и пр. Затем система выполняет автоматическую калибровку на основе эталонного шаблона, делает корректировку по весу дозы и определяет оптимальные условия дозирования.

При завершении калибровки система начинает дозирование в заданной точке изделия, периодически проводя корректировку параметров, что позволяет всегда находиться в пределах заданных допусков. Настройка проводится с учетом различных изменяющихся во времени показателей, таких как вязкость жидкости, любые изменения параметров сопла и размера частиц дозируемого компаунда при распылении. Основная задача CPJ+ — поддержание точности веса дозы при нанесении люминофора в течение процесса производства десятков тысяч светодиодов. При этом осуществляется контроль и поддерживаются на заданном уровне все важнейшие параметры.

После первоначальной настройки операторами система выполняет операцию дозирования (струйное дозирование) жидкости в автономном режиме до тех пор, пока шприц не опустеет (рис. 3). Без использования ПО CPJ+ компаниям по производству светодиодов необходимо проводить частые проверки всех параметров техпроцесса на соответствие требованиям МКО, специалисты должны вручную осуществлять все корректирующие действия. Такие ручные операции прерывают производственный процесс, вызывая серьезные простои, при этом производство не застраховано от человеческих ошибок: по сравнению с автоматической калибровкой с замкнутой обратной связью ручные операции гораздо менее точны и повторяемы.

Рис. 3. Регулировка веса дозы с помощью ПО CPJ+ при дозировании люминофора

Производственные мощности многих компаний, выпускающих светодиодную подсветку, составляют десятки миллионов светодиодов в месяц. Ошибки в результате так называемого человеческого фактора, затраты времени на настройку оборудования, низкая точность и повторяемость ручной настройки в таких крупносерийных производствах приводят к огромным потерям времени и повышению стоимости конечной продукции.

Сравнение систем с несколькими дозаторными головками и систем с одной головкой

Другой проблемой ручного управления и настройки является подготовка к работе и калибровка машин дозирования с несколькими дозаторными головками. Бытует мнение, что наличие такой дозаторной системы (воздушной или шнековой) значительно ускорит процесс дозирования, особенно для производства светодиодов, где объемы чрезвычайно высоки и производительность является критическим фактором. Некоторые компании используют установки с 8-игольчатыми дозаторными головками с целью достижения производительности до 10 000 шт./ч. Если в теории несколько головок могут работать быстрее, то на практике преимущества в скорости теряются во время настройки, уменьшается повторяемость параметров, надежность и качество.

Представьте, сколько нужно затратить усилий, чтобы установить и настроить работу восьми головок на машине по сравнению с одной. Оператор должен произвести абсолютно идентичную настройку всех головок, чтобы их работа была полностью согласована: каждая из них должна наносить одинаковое количество дозируемого вещества одинаковой вязкости с одинаковой скоростью, а все они должны работать полностью синхронно. Если с одной головкой что-либо произойдет (например, засорился канал), то прервется весь процесс, и придется снова производить ручную калибровку каждой из восьми головок. Комбинация ручной работы и мультидозаторных систем в этом случае делает производство светодиодов чрезвычайно сложным и трудозатратным процессом.

При использовании же одной головки струйного распыления можно достигать производительности вдвое большей, чем у систем с 8-игольчатыми головками, при этом точность и повторяемость дозирования будут существенно выше (рис. 4).

Рис. 4. Работа головки струйного дозирования

Стоимость эксплуатации

Многие светодиодные компании при подсчете инвестиций в производство рассматривают и сравнивают оборудование для дозирования по системе «цена на число изделий в час» ($/шт. в час). Это простой и быстрый способ для грубого сравнения, но он не дает точного результата, поскольку не включает в себя сравнение предполагаемой прибыли, времени простоя оборудования, необходимых площадей, рабочей силы, материалов, времени эксплуатации оборудования и т. д.

Лучшим методом является сравнение затрат на эксплуатацию определенной системы на единицу выпускаемой продукции, то есть расчет расходов на обслуживание оборудования за все время его эксплуатации на один светодиод (расходы/шт.).

Было обнаружено, что системы, которые на момент покупки стоили дороже, на самом деле обошлись на 30% дешевле по системе расход/шт., чем системы с несколькими головками и более низкой закупочной стоимостью. Это произошло из-за того, что реальная стоимость эксплуатации является основным фактором в расчете, и при уменьшении затрат на эксплуатацию даже на 1% может быть достигнута огромная выгода. На сайте Nordson ASYMTEK можно найти калькулятор стоимости эксплуатации и произвести самостоятельные расчеты: http://www.nordson.com/en-us/divisions/asymtek/support/Pages/Tech-Tools.aspx.

Заключение

Светодиодные компании стремятся к передовым технологиям, производству, соответствующему самым жестким современным требованиям, и к низкой стоимости производства. Автоматические системы струйного дозирования люминофоров на основе технологии струйного распыления, с системами взбалтывания и современным программным обеспечением, проводящим самокалибровку оборудования, являются простым в использовании и экономически выгодным решением для дозирования люминофоров в светодиодном производстве (рис. 5).

Рис. 5. Система Spectrum S-920 с модулем автоматической загрузки/выгрузки MH-900

Результаты дозирования и производительность улучшаются при использовании технологии струйного дозирования, а стоимость эксплуатации снижается.

Применение данной технологии и современного автоматизированного оборудования ASYMTEK минимизирует потери времени и средств на обеспечение качества процесса инкапсуляции светодиодов, что позволяет сосредоточиться на других задачах, чтобы сделать производство еще эффективнее.

Похожие публикации:

1. Машина от электричества как называется
2. Что обозначает l в физике
3. Что такое интегрированное устройство
4. Что такое технические условия на подключение электроэнергии

Новые архитектуры светодиодов и технологии нанесения люминофора снижают затраты и повышают качество

Светодиоды с перевернутым кристаллом (flip-chip) обещают завоевать рынок корпусных компонентов. В данной статье разъясняется, каким образом конструкция с обращенной кверху сапфировой подложкой наряду с новыми технологиями нанесения люминофора позволяет повысить качество света и снизить затраты.

В минувшем году можно было наблюдать явный рост распространенности светодиодного освещения, как и предсказывали отраслевые аналитики уже в течение нескольких лет. Оно устанавливается на улицах и крытых парковках, в розничных магазинах, гостиницах и ресторанах, в офисах и на промышленных предприятиях. Резко расширяется ассортимент используемых технологий и разнообразие применений, значительно более массовым становится внедрение. Вместе с тем качество света и стоимость компонентов по-прежнему остаются проблемами для светодиодной промышленности. Помочь в их решении могут новые архитектуры светодиодов и методы нанесения люминофора.

Возросший спрос на светодиодное освещение побуждает участников отрасли действовать сразу в нескольких направлениях: повышать качество, снижать затраты и упрощать производство на всем протяжении логистической цепочки. В ответ на эти рыночные стимулы разрабатываются новые технологии производства светодиодов, охватывающие весь спектр методов изготовления полупроводниковых кристаллов. В первую очередь внедряется капитальное оборудование нового поколения, совершенствуются технологические процессы, создаются современные материалы. Действуя в этом русле, компания Intematix сосредотачивает свои усилия на разработке более прочных и эффективных люминофоров и методов их нанесения с целью снизить производственные затраты, упростить производство и повысить качество вырабатываемого света.

Формованные люминофорные пленки

Одним из примеров новаторских технологий является изготовление люминофоров в виде формованных полимерных пленок или стеклянных пластинок. Мы даже намерены изучить возможность использования оптокерамических материалов, которые можно наносить непосредственно на светоизлучающую поверхность светодиодных кристаллов. Эти новые производственные технологии открывают перспективы для корпусирования светодиодных кристаллов на уровне пластин (wafer-level packaging, WLP). Предполагается, что такое решение снизит затраты на производство светодиодных кристаллов благодаря устранению избыточных операций корпусирования и одновременному повышению световой отдачи, качества и надежности кристаллов. Не исключено, что, в итоге, эти технологии вкупе с усовершенствованными производственными системами и технологическими процессами позволят отказаться от бинирования, обеспечив изготовление светодиодных кристаллов белого цвета свечения с разбросом характеристик в пределах 2 SDCM (двух среднеквадратичных отклонений согласования цвета или двухступенчатого эллипса Мак-Адама).

Пока что данные технологии находятся в стадии разработки. В настоящее время они испытываются на светодиодах с перевернутым кристаллом, у которых катод и анод находятся на нижней стороне кристалла. На рис. 1 показан светодиод Samsung с перевернутым кристаллом, имеющий однородную светоизлучающую поверхность. Компания Samsung анонсировала эту архитектуру в программном выступлении своего представителя на конференции Strategies in Light 2014 (http://bit.ly/lkXzhle).

Рис. 1. Компания Samsung объявила о выпуске светодиодов с перевернутым кристаллом на выставке-конференции Strategies in Light 2014

Действительно, технология перевернутого кристалла позволяет сделать светоизлучающую поверхность более плоской, чем у обыкновенного латерального светодиода с проводными соединениями, что облегчает применение нового метода нанесения люминофора. К тому же сейчас эта технология все шире распространяется в отрасли: даже компании-производители второго ряда осознали преимущества, которые она обеспечивает, и нарастили выпуск полупроводниковых компонентов данной архитектуры.

Корпусирование на уровне пластины при использовании метода перевернутого кристалла

В светодиодной светотехнике сейчас преобладает так называемая латеральная архитектура, когда подложка находится внизу слоистой структуры, образующей светодиод (рис. 2).

Рис. 2. Традиционный латеральный светодиод устроен так, что электрические контакты находятся вверху слоистой структуры, поэтому необходимы проводные соединения на уровне корпуса

Метод перевернутого кристалла несет в себе множество преимуществ, связанных с упрощением конструкции и производственного процесса. Во-первых, поскольку электрические контакты находятся внизу, нет нужды присоединять к ним кристалл проводами, как это делается в латеральном светодиоде с расположенными вверху контактами (рис. 3). Значит, можно устранить целую технологическую операцию. Более того, теперь не нужно беспокоиться об обрыве проводов как о возможном механизме отказа.

Рис. 3. В светодиодах с перевернутым кристаллом после эпитаксиального наращивания кристалл монтируется верхней стороной вниз, подложка используется в качестве светоизлучающей поверхности, а расположенные внизу контакты могут непосредственно соединяться с корпусом

Монтаж кристалла в перевернутом виде повышает эффективность светодиода. Когда электрические контакты не мешают, свет может излучаться большей площадью поверхности кристалла. Таким образом, вся поверхность кристалла превращается в световое «окно».

Благодаря этому окну можно накладывать люминофор прямо на верхнюю поверхность кристалла, которая целиком свободна. Это можно делать в процессе корпусирования, после изготовления полупроводниковой пластины или на каком-то промежуточном этапе.

При использовании архитектуры с перевернутым кристаллом формованный люминофор в виде больших полимерных или стеклянных листов либо керамических пластин можно изготавливать с очень малым разбросом характеристик — в пределах 1 среднеквадратичного отклонения согласования цвета. Более того, такие люминофоры могут наноситься на светодиодные кристаллы двумя способами, как уже упоминалось выше (рис. 4).

Рис. 4. Формованный люминофор может накладываться на целую или распиленную полупроводниковую пластину

Первый способ предполагает наложение формованного люминофора на полупровод­никовую пластину. В нераспиленной пластине все светодиодные кристаллы соединены друг с другом. Прежде чем отделять кристалл (т. е. распиливать пластину на отдельные кристаллы), на пластину сверху накладывается формованный полимерный, стеклянный или керамический люминофор. Таким образом, каждый кристалл обретает люминофорное покрытие. Затем пластина распиливается на отдельные кристаллы вместе с люминофором, в результате чего образуется так называемый светодиодный кристалл белого цвета свечения. Этот светодиод имеет минимальный корпус, а по бокам на него наносится белое отражающее покрытие, чтобы повысить эффективность вывода излучения.

Требования к бинированию

Корпусирование на уровне пластины имеет множество других преимуществ по сравнению с распространенными в настоящее время технологиями корпусирования «эмиттер» (без платы) и «кристалл на плате» (COB). Серийная технологическая обработка развивается сейчас в этом направлении с целью повышения световой отдачи и однородности цвета, а также снижения стоимости. В идеале этот метод должен вывести на новый уровень эффективности производства, при котором бинирование существенно сокращено или вообще не требуется.

В настоящее время бинирование необходимо, поскольку каждая светодиодная полупроводниковая пластина, как правило, содержит области с отличающейся длиной волны излучения. Производители светодиодов сортируют свою продукцию по различным интервалам длин волн (бинам). Это позволяет производителям источников света отбирать только те светодиоды, характеристики которых находятся в допустимом диапазоне, и одновременно максимизировать выход готовой продукции и использование каждого из бинов. Бинирование — долгий, дорогостоящий и неэффективный процесс. После внедрения нового поколения реакторов для осаждения металлоорганических соединений из паровой фазы (MOCVD) — разновидности технологического оборудования, без которого невозможно производство светодиодов, — потребность в бинировании может значительно снизиться вследствие повышения однородности по длине волны в пределах одной пластины и между пластинами.

Чтобы достичь этого идеала, производители должны взять за отправную точку светодиодную полупроводниковую пластину голубого цвета свечения с однородностью длины волны в пределах 2,0–2,5 нм, или 1 SDCM, после люминофорного преобразования. На всю эту пластину накладывается люминофорная пленка (также с однородностью в пределах 1 SDCM), после чего вся конструкция распиливается на отдельные светодиодные кристаллы. В результате такого процесса разброс длины волны излучения между отдельными кристаллами не превышает 2 SDCM. Дальнейшая сортировка кристаллов не нужна — они, по сути, уже однородны. Такой процесс открывает путь к описанному выше идеалу, но прежде чем мы сможем заявить о его достижении, потребуется значительный прогресс в технологиях.

Наложение формованного люминофора после отделения кристаллов

Второй способ наложения формованного люминофора — после распиливания полупроводниковой пластины на кристаллы. Реальные пластины не обязательно однородны по длине волны излучения; на них могут быть такие зоны, в которых длина волны у кристаллов отличается на несколько нанометров от желаемой. В связи с этим после изготовления пластины есть два варианта дальнейших действий. Можно наложить люминофор на всю пластину, как описано выше, или же произвести внутреннюю сортировку отдельных кристаллов. После распиливания пластины на кристаллы их испытывают и сортируют по длине волны, а затем переукладывают в биновые ячейки, содержащие кристаллы с одинаковой длиной волны излучения. По сути, по данным испытаний отдельных кристаллов, в ходе этого процесса создается новая пластина, теперь уже с однородными параметрами.

Когда исходная пластина распилена, а светодиодные кристаллы виртуально распределены по биновым ячейкам, можно разрезать формованный люминофор на куски, по размеру точно совпадающие с получившимися ячейками. Разрезанный таким образом люминофор можно наложить на соответствующую биновую ячейку. В результате получаются светодиодные кристаллы белого цвета свечения с высокой однородностью по длине волны (2 SDCM) без затрат, связанных с традиционными методами корпусирования.

Переукладка кристаллов в биновые ячейки повышает эффективность, уменьшает потребность в бинировании и снижает затраты. В реальности, однако, это может быть невыгодно для производителей. Поскольку люминофор чувствителен к определенным длинам волн, производители будут вынуждены увеличить производственные запасы формованного листового люминофора исходя из типичного диапазона длин волн излучения светодиодных кристаллов. В рамках ныне существующего производственного процесса компании, занимающиеся корпусированием светодиодов, хранят люминесцентные материалы и смешивают их в разных пропорциях для каждой биновой ячейки. Когда люминофор накладывается на исходную полупроводниковую пластину, то в каждом случае компаниям достаточно всего одной пленки, обеспечивающей нужный свет. А процесс с переукладкой вынуждает компании хранить замороженный формованный листовой люминофор всевозможных цветов, соответствующих биновым ячейкам, из-за чего резко разрастается номенклатура производственных запасов. Складское хранение — одна из технических проблем, которые необходимо решить для практической реализации этого технологического процесса.

Легко видеть, что большой вклад в ее решение могут внести усовершенствования на начальной стадии полупроводникового производства (front-end of line, FEOL), упомянутые в начале этой статьи. С уменьшением разброса длин волн излучения в пределах полупроводниковой пластины и между пластинами значительно уменьшится необходимость в переукладке. Производители смогут сократить номенклатуру производственных запасов, а кроме того, упростится производственный процесс по всей логистической цепочке и снизятся цены.

Формованный люминофор — полимерный или стеклянный

Как уже отмечалось выше, формованный люминофор разрабатывается в форме полимерных пленок и стеклянных пластинок. Использование пленок в случае Intematix стало побочным результатом деятельности компании по разработке удаленных люминофоров, в ходе которой она обзавелась технологиями и производственными мощностями для создания таких формованных люминофоров. Эти пленки и пластинки могут изготавливаться по различным рецептам для получения нужного клиенту качества света при заданной длине волны излучения кристалла.

При этом стеклянные плитки сложнее в производстве. Внедрить люминесцентный материал в стекло изначально труднее, чем в полимерную пленку, и для развития этой технологии разработчикам придется еще потрудиться. Зато у стекла больше показатель преломления, что обеспечивает большую эффективность и позволяет повысить световую отдачу светодиодных кристаллов и корпусов. Компания Intematix полагает, что серийное производство формованных люминофоров на основе полимерной пленки может быть начато к концу 2014 г. Запуск в производство люминофоров на стеклянной основе займет несколько больше времени, но конкретно в случае светодиодов с перевернутым кристаллом это может произойти уже в начале 2015 г.

Оптокерамические люминофоры

Оптокерамические люминофоры представляют собой третий подход к нанесению люминесцентных материалов на светоизлучающую поверхность светодиодных кристаллов. В отличие от формованных люминофоров на полимерной и стеклянной основе, они обеспечивают значительные преимущества в изделиях с высокой плотностью светового потока, таких как прожекторы, проекторы и автомобильные фары.

Кроме того, у оптокерамических люминофоров тепловые характеристики лучше в нескольких отношениях. Во-первых, эти материалы имеют значительно более высокую теплопроводность, вследствие чего на них быстрее рассеивается тепло. Результирующее снижение рабочей температуры обычно приводит к повышению КПД преобразования светового излучения от источника. Полупроводниковые источники света, использующие эту технологию, будут более энергоэффективными или позволят увеличить световой поток благодаря повышению максимально допустимой плотности тока в светодиодных кристаллах. Те же свойства обеспечивают источнику света существенно более долговременную температурную стабильность, а значит, и большую надежность системы в целом. Благодаря пониженной рабочей температуре значительно снижается выгорание люминофора, особенно при высокой плотности светового потока.

Керамические люминофоры могут изготавливаться с желтым, зеленым и белым цветом свечения. Поскольку координаты цветности излучаемого ими белого света находятся в пределах установленных Европейской комиссией норм для автомобильных фар, керамические материалы хорошо подходят для применения в автомобилях, как полагают специалисты компании Schott — международного производителя стекол и материалов специального назначения.

В настоящее время главным недостатком керамических люминофоров является их повышенная стоимость. Пока что исследовано и разработано лишь ограниченное количество химических систем для создания керамических люминофоров. Вдобавок процесс их производства необходимо, наряду с изготовлением порошка, дополнить технологическими операциями, которые не требуются в случае пленочных и стеклянных люминофоров. Из-за этих технологических операций производители вынуждены вкладывать средства в оборудование для обработки керамики, что повышает производственные затраты. Поэтому из-за большой разницы в стоимости маловероятно, что в ближайшем будущем оптокерамические люминофоры найдут применение где-либо, кроме изделий с самыми жесткими требованиями к температурной стабильности или с очень высокой плотностью светового потока — например, в автомобильных фарах, где явные технические преимущества этой технологии превалируют над стоимостными соображениями.

Формованный полимерный люминофор и кристаллы с проводными соединениями

По мнению Intematix, несмотря на все преимущества технологии перевернутого кристалла, из-за того что она недостаточно отработана, в 2015 г. на нее будет приходиться всего примерно 25% от общего объема производства.Следовательно, 75% рынка по-прежнему будут составлять латеральные светодиоды, или светодиоды с проводными соединениями. И этим крупным сегментом рынка не следует пренебрегать, так как ламинирование светодиодных кристаллов люминофором на полимерной основе может оказаться экономически целесообразным процессом. Такой сценарий предполагает наложение полимерного материала на работоспособный кристалл после выполнения проводных соединений. Материал при этом должен иметь консистенцию мягкого геля, чтобы не нарушить проводные соединения. По мере дальнейшего развития этой технологии компания Intematix намерена распространить ее не только на светодиоды с перевернутым кристаллом, но и на обычные латеральные светодиоды с проводными соединениями.

В целом специалисты Intematix считают, что эти новые технологии производства несут в себе огромные перспективы для снижения производственных затрат, повышения качества света и увеличения эффективности светодиодов с одновременным снижением потребности в бинировании. В конце концов это должно упростить процесс производства светодиодов.

Нанесение Люминофора

Вы можете написать сейчас и зарегистрироваться позже. Если у вас есть аккаунт, авторизуйтесь, чтобы опубликовать от имени своего аккаунта.
Примечание: Ваш пост будет проверен модератором, прежде чем станет видимым.

Поделиться

Последние посетители 0 пользователей онлайн

• Ни одного зарегистрированного пользователя не просматривает данную страницу

Объявления

Сообщения

Ну так пусть малина и выдает короткий импульс на эту плату

поменял оба кт3107 на новые . Новые чуть поменьше в размерах почемуто. На выходе установилось 1.2 мв. Дальше наверное нет смысла балансировать? Да Геннадия сейчас перемеряю . Ну если на выходе 1.2 мв . Это вроде нормально ,но подстроечник упёрся в край. Вегу было легко вертеть ,поворачивать ,измерять. А вот Амфитон -это потяжелее будет

Евгений, приветствую. Очередной усилитель и. очередные ошибки в измерениях. У Вас выходное напряжение указано 0В, а Вы тему подняли, что 0В не регулируется. Или же напряжение эмиттера VT2 не может быть выше, чем напряжение коллектора VT3. А у Вас так. Я уж боюсь порекомендовать Вам обмерить VT2, VT3, VT4 со всех сторон (показания напряжения на выводах транзисторов). Сможете?

Новые люминофоры на основе стекла для белых светодиодов

Люминофоры всегда были ключевым компонентом белых светодиодов высокого качества. Благодаря высокой эффективности и высокой мощности современных синих светодиодов роль люминофоров в обеспечении надежности, стабильности цветовых характеристик и качества света в целом становится еще более важной. Ученые из Фраунгоферовского центра прикладных исследований неорганических люминофоров, лаборатории филиала Института микроструктуры материалов и систем (IMWS) Фраунгофера, исследовали различные люминофоры на основе стекла и керамики для белых светодиодов. Большинство белых светодиодов представляют собой синий свето­диодный чип, покрытый органическим полимером, содержащим желтый люминофор. Тепловое разрушение полимерных соединений приводит к снижению эффективности и изменению цветовой температуры светодиода. Увеличение тепловыделения, происходящее с ростом тока питания светодиодов, делает тепловой менеджмент ключевым параметром при разработке светодиодов. Поэтому требуются люминофоры не только с хорошей термостойкостью, но и с высокой температуропроводностью. Люминесцентные стекла или стеклокерамика могут оказаться привлекательной альтернативой традиционным светодиодным люминофорам благодаря своей более высокой термической и химической стабильности. В рамках данной работы были исследованы люминесцентные свойства и коэффициент теплопроводности одно- и двукратно легированного лантанидом стекла и стеклокерамики. Коэффициент температуропроводности стеклокерамики на порядок выше, чем у стекла, что позволяет сравнивать ее с обычными люминофорами Ce:YAG.

Введение

Потребность в высоком световом потоке светодиодов (СИД) приводит к увеличению их рабочих токов и, следовательно, к увеличению плотности рассеиваемой мощности. Хотя современные СИД высокоэффективны, неизбежные потери приводят к нагреву системы, что вызывает спектральный сдвиг их излучения и снижение как эффективности, так и надежности. В СИД с люминофором дополнительные потери эффективности возникают из-за тепловыделения, обусловленного сдвигом Стокса. Таким образом, эффективность мощных белых СИД сильно зависит от их теплового режима. Существует несколько способов поддержания низкой температуры перехода с применением активного и/или пассивного охлаждения, но все эти системы охлаждения расположены на нижней части синего светодиодного чипа, что означает, что самая высокая температура в белых СИД будет внутри люминофора. Даже в случае, если температура p-n-перехода светодиодного чипа поддерживается ниже +60 °C, температура полимерного люминофора может достигать более +80 °C при рабочем токе 1000 мА [1]. Следовательно, светодиодные люминофоры требуют не только высокой термической стабильности, то есть высоких значений температуры, при которой происходит температурное тушение люминесценции, но и высокой температуропроводности, необходимой для эффективного рассеивания тепла из люминофора. Обычные люминофоры на полимерной основе имеют относительно низкую температуро­проводность — около 0,2×10 –6 м 2 /с [2]. Более высокая температуропроводность приводит к более низкой температуре люминофора [3].

Люминесцентное стекло представляет собой привлекательную альтернативу в качестве люминофора для СИД. Боратные стекла, легированные Tb 3+ и Eu 3+ , имеют хорошую термическую стабильность, а также значения квантовой эффективности выше 85% [4]. Кроме того, координаты цветности стекла с двукратным легированием могут варьироваться в широком спектральном диапазоне.

Условия эксперимента

Боратные стекла были изготовлены с использованием оксида лития (Li₂O) и оксида алюминия (Al₂O₃) в качестве модификатора структуры. Использовалось отношение трех молей оксида бора (B₂O₃) к двум молям модификатора. Стекла дополнительно легировались оксидом европия (Eu₂O₃) и/или оксидом тербия (Tb₄O₇). Номинальный состав образцов приведен в таблице 1. Химические вещества взвешивали в тигле из сплава платины с золотом (Pt/Au 95/5) и плавили при +1000 °C в течение примерно трех часов. Затем расплав выливали на латунный блок при +400 °С, что ниже температуры стеклования нелегированных литиево-боратных стекол (T_g = +459 °C, см. раздел «Тепловые характеристики»). Стекло выдерживали при этой температуре в течение трех часов для устранения остаточного механического и термического напряжения, прежде чем позволить ему медленно охлаждаться до комнатной температуры. Затем образцы стекла разрезали на квадраты 15×15 мм толщиной от 1 до 1,8 мм и полировали до оптического качества (рис. 1, слева). Для инициирования кристаллизации образцы отжигали при температуре +530 °С в течение 10 мин. Это аналогично процедуре, описанной Эпплби и др. [5]. Стеклокерамика показана на рис. 1 справа.

Рис. 1. Ln 3 + -легированные боратные стекла (слева) и стеклокерамика (справа): легирование примесью Tb 3+ (наверху), примесью Eu 3+ (посередине) и двукратное легирование Tb 3+ /Eu 3+ (внизу) при облучении ультрафиолетом

Таблица 1. Номинальный состав исследуемых образцов (лантанид = Ln 3 + )

Легирующая примесь	Состав / моль%					Содержание Ln 3+ /%
	B2O3	Li2O	Al2O3	Tb4O7	Eu2O3
–	60	33,3	6,7	–	–	–
Tb 3+	57,6	35,5	6,4	0,5	–	0,5
Eu 3+	59,3	33,1	6,6	–	1	0,5
Tb 3+ /Eu 3+	57,4	35,6	6,4	0,5	0,1	0,5/0,05

Дифференциальную сканирующую калориметрию (ДСК) проводили с помощью коммерческой системы, работающей с температурами до +1700 °C (ДСК Netzsch 404 F1 Pegasus). Образцы разрезали на мелкие кусочки около 25 мг, измельчали в ступке до тонкого порошка и затем помещали в платинородиевый тигель (Pt/Rh 80/20). В качестве образца сравнения использовался пустой тигель. Температуру увеличивали со скоростью 10 К/мин. Во время измерений поток азота был установлен на уровне 20 мл/мин. Для описания исследуемых свойств материала использовались значения температуры начала пика, за исключением значений T_p (табл. 2). В этом случае использовалось пиковое значение.

Таблица 2. Тепловые свойства исследованных стекол: температура начала стеклования (T_g), температура начала кристаллизации стекла (T_x), пиковая температура кристаллизации стекла (T_p) и различные температуры начала плавления стекла (T_m). Все значения приведены в °C

Легирующая примесь	Tg	Tx	Tp	Tm1	Tm2	Tm3
–	459	587	608	705	725	787
Tb3+	459	595	608	702	719	–
Eu3+	468	615	634	706	–	–
Tb3+/Eu3+	457	592	607	700	716	–

Температуропроводность анализировали с помощью синхронной инфракрасной (ИК) термографии. ИК-камера (InfraTec ImageIR 8380S) на основе матричного сенсора из антимонида индия (InSb) установлена в фокальной плоскости, разрешение матрицы 640×512 пикселей, спектральный диапазон от 2 до 5,7 мкм. Образцы периодически возбуждались лазерным диодом 980 нм (THORLABS L980P100) с максимальной мощностью 100 мВт, сфокусированным на центре образца. Лазер и ИК-камера были подключены к блоку синхронизации, который синхронизирует захват изображения с лазерными импульсами с определенной частотой синхронизации f. Вся установка была помещена в черную закрытую камеру, чтобы экранировать образец от внешнего теплового излучения.

Измерения фотолюминесценции проводились с помощью коммерческой системы измерения квантового выхода (Hamamatsu C9920-02G), подключенной к 3,3’ интегрирующей сфере с ксеноновой лампой (150 Вт) в качестве источника возбуждения и фотонному многоканальному анализатору (Hamamatsu PMA 12) в качестве детектора.

Результаты и обсуждение. Тепловые характеристики

На рис. 2 показаны кривые ДСК образцов стекла. Полученные характеристические температуры приведены в таблице 2. Образец нелегированного стекла показывает увеличение теплового потока при приблизительно +460 °C, что соответствует температуре стеклования T_g. При температуре T_x = +587 °C наблюдается появление экзотермического пика с его максимумом при T_p = +608 °C. Этот пик обусловлен кристаллизацией стекла. Между +700 и +800 °C расположены три эндотермических пика, которые происходят из-за процесса плавления стекла.

Рис. 2. Данные ДСК нелегированного эталонного стекла (черный), легированного Tb 3+ (зеленый), легированного Eu 3+ (оранжевый), боратное стекло с двойным легированием Tb 3+ /Eu 3+ (синий)

При однократном легировании Tb 3+ или двойном легировании Tb 3+ /Eu 3+ температура стеклования и пиковая температура кристаллизации стекла не показывают значительных изменений по отношению к нелегированному стеклу, тогда как для стекла с однократным легированием Eu 3+ температура стеклования и пиковая температура кристаллизации стекла возрастают примерно на 10 и 20 °C соответственно. Обратите внимание, что в стекле с двойным легированием концентрация Eu 3+ ниже, чем концентрация Tb 3+ , что обусловлено необходимостью получения соответствующего цвета. Ионы лантанидов существенно влияют на температуру начала кристаллизации стекла и на плавление стекол. Самая низкая T_x получена для стекла с двойным легированием, за которым следует стекло с однократным легированием Tb 3+ . Стекло с однократным легированием Eu 3+ имеет самую высокую температуру кристаллизации стекла. Первый пик плавления стекла, T_m1, аналогичен для всех четырех стекол и равен примерно +705 °C. Второй пик плавления стекла находится при приблизительно +725 °С и увеличен для стекла с однократным легированием Tb 3+ и стекла с двойным легированием Tb 3+ /Eu 3+ по сравнению с нелегированным стеклом. Для стекла с однократным легированием Eu 3+ этот второй пик плавления стекла не наблюдается. Либо эта фаза не существует в результате кристаллизации в стекле Eu 3+ с однократным легированием, либо пик сдвигается до более низких температур и сливается с первым пиком. И для стекла Eu 3+ , и для стекла Tb 3+ с однократным легированием более широкие эндотермические пики возникают при +760 и +850 °C соответственно. Широкая форма этих пиков указывает на испарение материала стекла [6, 7]. Известно, что бор испаряется при высоких температурах [8].

Температуропроводность s стекла и стеклокерамики была проанализирована с помощью синхронной инфракрасной термографии. Образцы периодически возбуждались с передней стороны лазерным диодом, генерирующим в материале тепловые волны. Фазовая задержка волны J регистрировалась на обратной стороне образца, ее можно выразить следующим образом [9, 10]:

где r — толщина образца, f — частота лазерного импульса (синхронизирующая).

На рис. 3 слева показаны экспериментально определенные значения фазовой задержки (точки) и соответствующие аппроксимирующие кривые (сплошные линии). Из-за предела обнаружения ИК-камеры точно можно определить только фазовые задержки, полученные для сигналов амплитудой более 10 мК, что приводит к различным возможным значениям частоты синхронизации f. Стекла имеют фазовые задержки s_glass приблизительно от 70 до 180°, тогда как стеклокерамика показывает фазовые задержки s_GC ≈ от 20 до 60°. Обратите внимание, что задержки фазы на рис. 3 слева не скорректированы для учета толщины образца. Переписав уравнение (1), можно получить фазовую задержку, скорректированную по толщине, которая прямо пропорциональна температуропроводности s:

Рис. 3. Измеренная (слева) и скорректированная по толщине (справа) фазовая задержка для стекол и стеклокерамики (точки), а также соответствующие кривые аппроксимации (сплошные линии)

Это соотношение показано на рис. 3 справа. В этом случае температуропроводность может быть непосредственно получена из крутизны, которая совпадает со значениями, полученными из аппроксимации (1) в пределах погрешности аппроксимации. Температуропроводность для стекол и стеклокерамики, полученная из результатов аппроксимации, составляет s_glass ≈ (0,4…0,6)×10 -6 м 2 /с и s_GC ≈ (6…16)×10 -6 м 2 /с соответственно. Следовательно, кристаллизация боратных стекол в боратную стеклокерамику увеличивает коэффициент температуропроводности более чем на один порядок. Сравнение результатов с данными из справочной литературы показывает более высокую температуропроводность стеклокерамики, чем обычного Ce:YAG (s ≈ 4×10 -6 м 2 /с [11]).

Люминесцентные свойства

На рис. 4 показаны нормированные спектры излучения при возбуждении длиной волны 376 нм и соответствующие энергетические уровни. Легированные Tb 3+ стекло (черная кривая) и стеклокерамика (оранжевая кривая) показывают характерные для Tb 3+ полосы излучения в зеленом спектральном диапазоне с пиками при 490, 543, 583 и 622 нм, которые могут быть отнесены к переходам из возбужденного состояния 5 D₄ к уровням основного состояния 7 F_J (J = 6, 5, 4 и 3) соответственно. Типичные для Eu 3+ полосы в красном спектральном диапазоне обусловлены переходами из возбужденного состояния 5 D₀ на уровни основного состояния от 7 F₀ до 7 F₄ (от 580 до 700 нм). Электродипольный переход с 5 D₀ на 7 F₂ при 613 нм сверхчувствителен к изменениям симметрии кристалла [12]. Высокая интенсивность этого перехода в боратном стекле указывает на неупорядоченную природу материала матрицы с низкой инверсионной симметрией для иона Eu 3+ . И спектр излучения стекла с однократным легированием, и спектр стеклокерамики имеют одинаковое спектральное поведение. Напротив, стекло с двойным легированием Tb 3+ /Eu 3+ показывает изменение интенсивности излучения при кристаллизации. Интенсивность типичных для Tb 3+ полос ниже, а интенсивность полос Eu 3+ выше в образце стеклокерамики, что является следствием увеличения передачи энергии от Tb 3+ к Eu 3+ . Это смещение в красную область спектра излучения четко видно на рис. 1: стекло с двойным легированием имеет желтый цвет, в то время как стеклокерамика имеет оранжевый. Кроме того, у стеклокерамики с двойным легированием полосы излучения Eu 3+ показывают штарковское расщепление, а соотношение между переходами 5 D₀ на 7 F₂ (613 нм) и 5 D₀ на 7 F₁ (592 нм) уменьшается по сравнению со стеклокерамикой с однократным легированием. Оба эти эффекта происходят из-за изменения кристаллического поля вокруг ионов Eu 3+ , то есть часть ионов Eu 3+ , возможно, включена в кристаллы. Для стеклокерамики с двойным легированием степень кристаллизации, вероятно, выше, чем для стеклокерамики с однократным легированием, из-за более низких температур кристаллизации стекла T_x и T_p.

Рис. 4. Спектры излучения стекол (черная кривая) и стеклокерамики (оранжевая кривая), легированных Tb 3+ (сверху), Eu 3+ (посередине) и Tb 3+ /Eu 3+ (снизу). Все спектры излучения измерены при возбуждении длиной волны 376 нм

Заключение

Была проанализирована температуропроводность однократно легированных Tb 3+ и Eu 3+ , двукратно легированных Tb 3+ и Eu 3+ литиево-боратных стекол и стеклокерамики. Преобразование стекол в стеклокерамику увеличивает коэффициент температуропроводности более чем на порядок, то есть с s_glass = (0,4…0,6)×10 -6 м 2 /с для стекла до s_GC = (6…6)×10 -6 м 2 /с для стеклокерамики, что делает ее сравнимой с традиционно применяемым Ce:YAG. Спектры излучения однократно легированных стекол не меняются при кристаллизации, тогда как спектры излучения стеклокерамики с двойным легированием показывают увеличение переноса энергии от Tb 3+ к Eu 3+ .

1. P. Wenzl, P. Fulmek, C. Sommer, S. Schweitzer, W. Nemitz, P. Hartmann, P. Pachler, H. Hoschopf, F. Schrank, G. Langer, J. Nicolics. Impact of extinction coefficient of phosphor on thermal load of color conversion elements of phosphor converted LEDs // Journal of Rare Earths. 2014. № 32.
2. Silicone Rubber.
3. Fulmek, J. Nicolics, W. Nemitz, S. Schweitzer, C. Sommer, P. Hartmann, F. Schrank, F. P. Wenzl. The impact of the thermal conductivities of the color conversion elements of phosphor converted LEDs under different current driving schemes // Journal of Luminescence. 2016. № 169.
4. Steudel, S. Loos, B. Ahrens, S. Schweizer. Luminescent Glasses and Glass Ceramics for White LEDs // LED professional Review. 2016. № 55.
5. Appleby, A. Edgar, G. Williams, P. Vontobel. Structure and neutron imaging characteristics of lithium borate-barium chloride glass-ceramics, Nucl. Instrum. Methods Phys. Res. Sect. A: Accel. Spectrom. Detect. Assoc. Equip. 564 (1), 2006.
6. Hatakeyama, F. X. Quinn. Thermal Analysis: Fundamentals and Applications to Polymer Science. Second ed. John Wiley & Sons Ltd. 1999.
7. A. Hansen, F. J. Frandsen, K. Dam-Johansen, H. S. Sørensen. Quantification of fusion in ashes from solid fuel combustion // Thermochim. Acta 326 (1–2), 1999.
8. E. Brown, P. K. Gallagher. Handbook of Thermal Analysis and Calorimetry // Applications to Inorganic and Miscellaneous Materials. 2003. Vol. 2. Elsevier B. V.
9. Schmidt, F. Altmann, O. Breitenstein. Application of lock-in thermography for failure analysis in integrated circuits using quantitative phase shift analysis // Materials Science and Engineering. 2012. B. 177.
10. I. Giri, S. Tuli, M. Sharma, P. Bugnon, H. Berger, A. Magrez. Thermal diffusivity measurements of templated nanocomposite using infrared thermography // Materials Letters. 2-14 № 115.
11. Scientific Material Corporation, Laser Materials Ce:YAG.
12. G. Blasse, B.C. Grabmaier. Luminescent Materials. Springer-Verlag. 1994.