Диссертация (1090114), страница 36
Текст из файла (страница 36)
Таким образом, можно получать СИД сразличнымисветотехническимихарактеристиками,варьироватьцветовуютемпературу белого источника излучения (3700-7000К), индекс цветопередачи иэффективность СИД [242].244Повышениелюминесцентныххарактеристиклюминофоразасчетмодификации структуры неизбежно связано с ухудшением гидролитическойстойкости люминофора. С другой стороны, известен ряд способов повышениягидролитической стойкости люминофоров обработкой готовых люминофоров[244]. Предполагается, что поверхностная пленка защищает от воздействия влаги,а структурных преобразований в кристалле люминофора не происходит. Наиболееперспективными обрабатывающими веществами для алюминий содержащихлюминофоров являются фосфорсодержащие соединения [245-246], например,фосфорная кислота и ее производные, а также аммонийдигидрофосфат, вероятно,потому, что фосфаты алюминия нерастворимы в воде.В основном полимерные люминесцентные композиции наносят наповерхность синего кристалла светодиода, структура которого влияет наэффективность СИД.
Однако данная технология имеет ряд существенныхнедостатков, таких как высокая нагрузка непосредственно на фотолюминофор,находящегося на полупроводниковом кристалле, что приводит к снижениюэффективности источника света.В 2010 - 2011гг. компания Intematix (США) запатентовала технологию, такназываемого, удаленного люминофора («remotephosphor») [247-248], которая, позаявлениям специалистов, обеспечивает на 30% более высокую светоотдачу, чемтехнология нанесения люминофора на кристалл синего светодиода.По технологии «remotephosphor» излучение белого света выносится запределы световой ячейки СИД и происходит в протяженном люминесцентномслое полимерного композиционного материала, удаленном от источника СИД назначительное расстояние.В научно-технической литературе [249-250] и патентах, в основном,описывается метод получения люминесцентных полимерных композиций путемдиспергированияврастворечастицлюминофора.Вопросывведениялюминофоров в расплавы оптически прозрачных полимеров, диспергирование иагломерация частиц оптически активного наполнителя (люминофора), освещенынедостаточно [251-253].
Практически не приводятся данные о технологии245получения и переработки полимерных композиций с люминофором различнымиметодами в изделия разной конструкции, конфигурации и назначения.Полимеры с люминофорами практически ни в одной научно-техническойработе не рассматриваются с позиций модельных представлений о созданииполимерных композиционных материалов дисперсно-наполненной структуры [7071]. К рассмотрению таких систем ранее не применяли решетчатые модели,описание их структуры в терминах обобщенных параметров и не определялисвязь обобщенных параметров структуры с оптическими характеристиками икомплексом технологических и эксплуатационных свойств [70-71, 73-78].Впервые в работе предлагается рассматривать люминофоры с позицийоптически активных наполнителей для создания ДНПКМ на основе оптическипрозрачных полимеров с заданной структурой и параметрами с целью полученияновых спектральных характеристик излучения и преобразования излучениясинего светодиода в белый свет.Используя модельные представления о построении структуры ДНПКМнеобходимо охарактеризовать неорганические люминофоры в качестве оптическиактивных наполнителей, определить комплекс их основных параметров ирассчитать обобщенные параметры структуры (аср, Θ, В и М).Таким образом, для светопреобразования необходимы материалы сгетерогенной гетерофазной структурой на основе оптически прозрачныхполимеров, содержащие люминофоры - оптически активные наполнители преобразователи света, с заданными спектральными характеристиками.
Пополученным данным следует провести классификацию ДНПКМ по структурномупринципу,разработатьновыесоставыкомпозицийстребуемымихарактеристиками и параметрами структуры и найти связь между обобщеннымипараметрами и оптическими характеристиками материалов для светодиоднойтехники.2464.2Структурообразованиевсветорассеивающихполимерныхкомпозиционных материалов на основе поликарбоната для светодиоднойтехникиПолимерный материал, использующийся для светорассеивателей, долженобладатьсоднойстороныхорошейсветопроницаемостью(оптическаяпрозрачность), а с другой рассеивать проходящий свет.Рассеяние света в оптически прозрачных полимерах можно достичьразными путями [254]:- созданием герерогенной, гетерофазной структуры в оптически прозрачнойполимерной матрице, а именно, введением дисперсных наполнителей заданныхразмеров и содержания, отличающихся показателем преломления от полимера;получением смеси термодинамически несовместимых полимеров дисперснойструктуры;- оформлением заданного микрорельефа структуры поверхности изделия впроцессе переработки.Светорассеивающиеполимерныематериалыпредставляютсобойнепрозрачные гетерогенные, гетерофазные дисперсные системы, в которых фазыразличаются показателями преломления и чем больше разница показателяпреломления полимерной матрицы и наполнителя, тем в большей степенипроисходит рассеяние света.Таким образом, светорассеивающие материалы являются полимернымикомпозиционнымиопределяютсяматериаламсвойствамидисперснойполимернойструктуры,матрицысвойства(дисперсионнаякоторыхсреда),дисперсной фазы (наполнитель) и границей раздела фаз, то есть обобщеннымипараметрами структуры ДНПКМ [68-69, 71].Светорассеиваниематериаловопределяетсяразмеромчастиц,ихсодержанием, упаковкой частиц, распределением при смешении, среднестатистическимрасстояниемструктуры ДНПКМ.междунимииобобщеннымипараметрами247Теория Кубелки - Мунка [208, 255] позволяет оценить требуемый размерчастиц и их концентрацию в ДНПКМ.
В основе теории Кубелки - Мунказаложено представление о связи между поглощением и рассеянием света с однойстороны и степенью отражения и пропускания – с другой.В качестве меры поглощения принимается коэффициент поглощения (К) имеры рассеяния – коэффициент рассеяния (S). Оценить величину отношениямежду величинами K и S при заданной длине волны света можно путемизмерения степени отражения (доли отраженного светового потока) слояполимерного материала такой толщины, при которой подложка не оказываетвлияния, т.е.
при R∞:K 1 R S2 R2Полное поглощение и рассеяние света пропорционально концентрациинаполнителя. С другой стороны на светорассеивание ДНПКМ существенноевлияние оказывает размер частиц дисперсной фазы (наполнителя), длина волныподающего света и разница в коэффициентах преломления фаз (nп и nн) исходныхкомпонентов.Зависимость рассеивающей способности частиц наполнителя от ихдиаметраноситдостаточносложныйхарактер.Рассеяниесветавысокодисперсными частицами (соизмеримы с длиной волны) практически непроисходит и возрастает с увеличением диаметра частиц (d) до определенногозначения пропорционально d3, проходит через максимум и далее снижаетсяпропорционально удельной поверхности частиц (Sуд).Диаметр оптимально рассеивающей частицы для конкретной полимернойматрицы можно рассчитать по правилу Вебера [256]:d ≈ λ / 2,1 (nн - nп)где λ – доминирующая длина волны спектра, нм; nн – показатель преломлениянаполнителя; nп – показатель преломления полимера (рис.
4.5).248Под оптической неоднородностью ДНПКМ подразумевается различие впоказателях преломления исходных фаз [254]. В этом случае, чем меньшепоказатель преломления наполнителя, тем больше по размеру необходимовыбирать частицу для обеспечения оптимального рассеивания света. Путемувеличения размера частиц добиваются повышения светорассеяния в заданнойобласти длин волн.7 6 58004321750700650λ, нм600550500450400350300012d,мкм34Рис.
4.5 - Зависимость характерной длины волны (λ) от диаметра частицнаполнителей с разными показателями преломления (nн): 1 - 1,7; 2 - 1,8; 3 - 1,9;4 - 2,0; 5 - 2,25; 6 - 2,5; 7 - 3,0 для полимерной матрицы из ПК с коэффициентомпреломления 1,58Такимобразом,гранулометрическийсоставсветорассеивающегонаполнителя и кривая распределения частиц по размерам является одной изважных характеристик при создании светорассеивающих материалов.В таблице 4.4 приведены значения коэффициентов преломления длянекоторых полимеров и пигментов белого цвета.Таблица 4.4 - Коэффициенты преломления полимеров и пигментов белого цветаПигментДиоксид титанаОксид алюминияСульфат барияОксид цинкаКоэффициентпреломления2,731,601,632,02ПолимерПолистиролПолиметилметакрилатПоликарбонатПолиэтиленКоэффициентпреломления1,591,491,581,5-1,54249Карбонат кальция1,63Поливинилхлорид1,48В работах [257-258] получены оптически прозрачные гетерогенные,гетерофазныеполимерныекомпозиционныематериалысразницейкоэффициентов преломления полимера и дисперсной фазы ~ 0,09 - 0,3 на основеПММА, ПС и ПК, содержащих полимерные частицы с диаметром меньшим, чем1/2 длины волны видимого света (λ = 560 нм).ДНПКМ на основе ПК с содержанием 0,01-20 масс.
% полимерногопорошка сополимера стирола с небольшими значениями ∆n = nн – nп обладаютсветорассеивающими свойствами только при размере частиц ~ 5-15 мкм [259].Как следует из рассмотренных примеров, светорассеивание ДНПКМзависит не только от коэффициента преломления исходных фаз, размера частиц, атакже от их содержания.Основноймеханизмрассеяниясветачастицамидисперснойфазы(наполнителя) в оптически прозрачном полимере заключается способностичастиц преломлять свет [261-262].
Так в полимерной пленке, содержащейнаполнитель с высоким коэффициентом преломления, свет преломляется вбольшей степени, чем в пленке с низким коэффициентом преломления, врезультате чего свет проходит более короткий путь в пленке и проникает в нее нанебольшую глубину. С уменьшением коэффициента преломления глубинапроникания увеличивается.Однако, в случае тонких пленок, дисперсный наполнитель с высокимкоэффициентом преломления придает непрозрачной пленке белый цвет, в товремя как наполнитель с низким коэффициентом преломления, пропускает частьсвета и такая пленка выглядит полупрозрачной и рассеивающей свет [263].Вкачествесветорассеивателейвполимерахможноиспользоватьорганические компоненты, как полимерные, так и низкомолекулярные, которыетермодинамически несовместимы или ограничено совместимы с полимернойматрицей.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
