Диссертация (1090114), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Многие светотехнические изделия,например, крупногабаритные рассеиватели для люминесцентных светильников снебольшой толщиной стенок, колпаки фонарей, устанавливаемых на крышахпромышленных зданий для пропускания естественного света внутрь помещений,инекоторыедругиесветопрозрачныеконструкции,получаютвакуумформованием из нагретого полимерного листа или толстых пленок.
Этотметод чаще всего применяется для переработки листов и пленок из ПММА и ПК[232].Таким образом, для создания свето-преобразующих и светорассеивающихгетерогенных и гетерофазных полимерных композиционных материалов вкачестве полимерной матрицы наиболее целесообразно использовать оптическипрозрачный, стабильный к действию УФ – излучения, прочный, ударостойкий,теплостойкий,электроизоляционный,огнестойкий,снизкимуровнем237дымообразования при горении, с низкой токсичностью продуктов деструкции,биологически инертный поликарбонат, который перерабатывается различнымивысокоэффективнымиметодамивсветотехническиеизделияразличнойконфигурации и назначения.4.1 Принципы проектирования составов и структурообразование светопреобразующихполимерныхкомпозиционныхматериаловнаосновеполикарбоната для светодиодной техникиСоздание полимерных композиционных материалов на основе оптическипрозрачныхполимерныхматрицах,способныхпреобразовыватьэнергиюизлучения одного спектрального состава в излучение с другим спектральнымсоставом, принадлежит к числу приоритетных задач современной светодиоднойтехники.Для преобразования энергии излучения синего светодиода в энергию сдругимспектральнымсоставомнаиболееширокоеприменениенаходятлюминофоры.Люминофоры - вещества, атомы которых способны под воздействиемразличных видов энергии переходить в энергетически возбужденное состояние споследующим испусканием кванта света с длиной волны, характерной дляданного атома-активатора в структуре материала (явление люминесценции).Спектральные характеристики люминофоров в основном зависят от атомаактиватора и могут изменяться в достаточно широком диапазоне длин волн.Люминофоры широко применяют в композициях с полимерами припроизводствехудожественныхкрасок,декоративныхизделий[233-234],люминесцентных источников света, устройств обеспечения безопасности людейпри чрезвычайных ситуациях [235] и др.Твердые неорганические люминофоры составляют самую многочисленнуюгруппу веществ, используемых для получения люминесцентного излучения,которое широко применяется в люминесцентных лампах.238Неорганические люминофоры представляют собой жесткие дисперсныечастицы сложного химического состава, которые при их введении в полимерныематрицы формируют дисперсно-наполненную структуру ПКМ (ДНПКМ).Введение в полимерную матрицу люминофоров обеспечивает способностькомпозиционного материала к фотолюминесценции.Основные требования к люминофорам – спектральные характеристики,яркость и цвет свечения, длительность послесвечения, термостойкость идисперсность,восновномопределяютсяпараметрамисветотехническихустройств, для которых их применяют.Однимизосновныхпараметров,обеспечивающимиспользованиелюминофора в источниках света, является цветовая температура световогоприбора.
Цветовая температура – это температура черного тела, при которой егоизлучениеимеет ту жецветность(вкоординатахцветности),чтоирассматриваемое излучение [236]. Спектр излучения белого светодиода слюминофором, как источника полихроматического света, достаточно широк ипозволяет регулировать и осуществить выбор цветов в широком диапазоне - от"теплого" белого цвета лампы накаливания до "холодного" люминесцентногобелого, в зависимости от задач применения.Диаграммасвязицветностиисточникабелогосветасцветовойтемпературой представлена ниже:На диаграмме представлен полный диапазон белого цвета от его болеетеплой области (2800 K) до холодной синевато-белой области (9000 К).Многие оттенки белого цвета на практике уже определены для источниковсвета, используемых в светотехнике: офисный, прохладный синевато-белый светлюминесцентных ламп; домашний, желтовато-белый свет ламп накаливания;239индустриальный, бриллиантовый сине-белый свет ртутных ламп; желто-белыйсвет от уличных натриевых ламп высокого давления и т.
д.Белый цвет - это цвет сложного состава электромагнитного излучения,совпадающий с цветом источников света, имеющих цветовую температуру вдиапазоне от 2500 К до 6500 К, и расположенный на цветовом графикемеждународной комиссии по освещению (МКО) в зоне (зона эллипса),ограниченной координатами цветности (х и у) этих источников света (рис. 4.1).Рис.
4.1 - Диаграмма МКО с источниками белого света (ограниченная эллипсом)Используя координаты цветности (x и y) источников света можно надиаграмме МКО построить кривую цветности различных белых источников(таблица 4.2).Таблица 4.2 - Характеристики источников белого светаВид источникабелого светаВольфрамоваялампанакаливанияСеверное небо в первойполовине дняСолнечный день приголубом небеКоординаты цветностихуТцв, КХарактерная длина волныизлучения λ, нм28485830,4470,40748005740,3480,35165004820,3100,351240По мере повышения цветовой температуры длина волны λmax излучения,соответствующая максимуму этого излучения, смещается в область меньшихдлин волн:λmax = 2,896 106/ Тцвгде λmax - длина волны; Тцв - цветовая температура.С повышением цветовой температуры цвет источника света переходит открасного к зеленому, а затем к синему свету (рис. 4.2).Рис.
4.2 – Связь цветовой температуры с длиной волны излученияЦветовая температура для источников белого света, рекомендованнаяМКО находится в пределах 3400-4100К.Оптическую часть спектра электромагнитных излучений можно разделить натри основные области [237-238]: ультрафиолетовую с длинами волн от 10 до380 нм; видимую (человеческим глазом) с длинами волн от 380 до 770 нм иинфракрасную с длинами волн от 770 до 106 нм.Для получения белого свечения в светотехнике при применении синегосветодиода используют светоизлучающее тело, которое представляет собойкомпозицию на основе полимера, с распределенными в нем прозрачныминеорганическими частицами люминофора.
В качестве материала матрицы можновыбрать оптически прозрачные ПК, ПММА, ПС в зависимости от назначения и241использованияматериала, учитывая различные свойства:теплостойкость,прочность, износостойкость, способность к формовке и прозрачность [220]. Вкачестве люминофора используется вещество, изменяющее спектр излученияСИД [239].По оценкам компании Intermatix (США) в настоящее время в 51% всехбелых СИД для средств освещения используются полимерные композиционныематериалы с люминофором на базе алюмоиттриевого граната (АИГ) фирмыNichia (Япония), в 20% – АИГ-люминофоры других фирм [240].Рис. 4.3 - Спектр излучения синего светодиода (СИД)Получениепреобразованиибелогоспектрасветаспомощьюпервичноголюминофоровизлучениясинегооснованонасветодиодасдоминирующими длинами волн в диапазоне 455-465 нм (рис.
4.3).Преобразование излучения синего светодиода в белое свечение с помощьюлюминофорапроисходитпутемналоженияспектраизлучениясамоголюминофора на спектр СИД. При этом увеличивается общая ширина спектра,наблюдается появление максимума в области больших длин волн (областьжелтого цвета) и имеет место перераспределение оптической мощности в областьдлин волн желтого цвета (рис. 4.4).242Рис. 4.4 - Спектры излучения синего светодиода с желтым люминофором,нанесенным на поверхность СИД (кривая 1) и кривая видности по МКО(кривая 2)На рис.
4.4 приведены спектры светодиода с желтым люминофоромизлучающего белый свет (кривая 1) и кривая видности по МКО (эталоннаякривая 2).Зрениечеловекаоснованонаспособностиглазареагироватьнаэлектромагнитные излучения в диапазоне длин волн от 380 до 770 нм (кривая 2).Кривая видности по МКО (кривая 2) имеет максимум при длине волны 555 нм(желтое излучение).Смещение максимума излучения от люминофора на кривой 1 к максимумукривой видности по МКО (кривая 2) с λmax = 560 нм и увеличение его до значенийкривой видности МКО является основой эффекта преобразования излучениясинего светодиода в белый свет с помощью оптически активного наполнителя люминофора.Таким образом, получая спектр излучения композиционного материала наоснове оптического прозрачного полимера и люминофора с доминирующейдлиной волны в области λ = 555-575 нм, можно получить комфортное длячеловека белое освещение от источника СИД, однако в спектре сохраняется пикпри 440 нм, характерный для СИД.В качестве кристалла СИД обычно используют нитрид галлия, а светопреобразователя (желтые фотолюминофоры) – соединения на основе граната,243активированного церием [241].
В таблице 4.3 приведены основные классылюминофоров, используемые для преобразования СИД в белое свечение [242].Таблица 4.3 - Характеристики фотолюминофоров основных классовКлассы люминофоровГалогенсиликатныеСиликатныеОксинитридыеНитриды-силонитридыАлюминаты-гранатыКвантовыйвыход0,4-0,50,5-0,70,5-0,60,5-0,60,95Цвет порошкаБелыйЗелено-желтыйТемно-зеленый, оранжевыйКрасныйЖелтыйВремя жизни вСИДНизкоеСреднееВысокоеВысокоеВысокоеНаиболее перспективными люминофорами для применения в синихсветодиодах являются соединения со структурой граната с общей формулой{А3}[В2](С3) О12. Широкое применение находят люминофоры со структуройграната, активированные атомом-активатором – церием: алюмоиттриевый гранат,активированный церием (Y3Al5O12 : Ce) [242].Световые характеристики люминофоров определяются их структурой,формируемой в процессе синтеза и природой атома-активатора [242].
Центрысвечения, как правило, имеют примесную природу. Концентрация примесейсоставляет от 10-8 до 10-2 г на грамм основного вещества. Ион церия являетсяредкоземельным атомом-активатором, т.к. содержит в незамкнутой оболочкеодин 4f - электрон и в ряду трёхвалентных лантаноидов Се3+имеет самуюменьшую энергию активации 4f-5d возбуждения. Экспериментальные результаты[243] показывают, что при воздействии света на образец Y3Al5O12:Се имеет местопроцессионизациитрёхвалентногоцерия,приводящийкстабилизацииэлектронных центров и выделению кванта света:Се3+ + ē → (Се3+ ) *→ Се3+ + hνИзменяя состав люминофорной композиции, например, при замещениииттрия Y на ион с большим ионным радиусом гадолиния Gd спектр излучениясмещается в длинноволновую область.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
