Катион-дефицитные соединения со структурой шеелита и их свойства (1105576), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Данная система давала смешение голубого ижелтого цветов, в результате которого получался белый свет. (Рисунок 3a, 3б).Другим известным способом получения белого света является смешениеизлучений,соответствующимкрасному,зеленомуисинемуцветам.Соответственно, сочетая в одном корпусе светодиоды, излучающие в «красной»,14«синей» и «зеленой» областях спектра видимого света (так называемая RGBматрица Дж. Максвелла (Рисунок 3в) [26]), также можно получить белый свет(Рисунок 3г).
Представленная технология широко применяется при производстведисплеев телевизоров и экранов компьютеров [27]. На Рис. 3в изображен примердиафрагмы экрана с RGB-матрицей при 10-кратном увеличении.(a)Белыйсвет(б)Оптика длясмешения цветовЛюминесцентныйслойГолубой или УФ СД(в)Белыйсвет(г)СМЕШЕНИЕЦВЕТОВМногоцветные СД(RGB матрица)Рисунок 3 - Схемы традиционного светодиода белого света (a, б) и светодиода наоснове RGB-матрицы (в, г).При этом важно различать RGB-матрицу, представляющую собой систему изтрех независимых RGB светодиодов (Tricolor LEDs) и систему из одногосветодиода, излучающего в ультрафиолетовой (УФ) или голубой области спектравидимого света, и трех RGB преобразователей, возбуждающихся под действиемэтого излучения (phosphor-converted WLED (pc-WLED)).
Безусловно, перваясистема выглядит более эффективной, так как во второй есть очевидные потериэнергии, связанные со сдвигом спектра люминесценции в длинноволновую область(стоксов сдвиг). Однако, они более сложны в устройстве (каждый светодиодтребует отдельного регулирования мощности), требуют дополнительных расходов15и имеют низкую цветопередачу [27, 30].
Здесь и далее будут рассматриватьсяприложения для pc-WLED.Всеисточникипараметрами:светасветовоймогутотдачей,бытьсветовойохарактеризованыэффективностьюследующимиизлученияицветопередачей. Источники излучения на основе двух цветов характеризуютсявысокими значениями световой эффективности, но плохой цветопередачей.Поэтому они могут находить применение при освещении улиц, дорожных знаковили в светофорах. Источники излучения на основе трёх цветов обладают лучшимипоказателями цветопередачи и световой эффективности излучения, и какследствие, они находят применение для освещения офисов, музеев, квартир и т.д.В качестве преобразователей длины волны в таких источниках обычно используют:люминофоры, полупроводники и красители.Люминофоры.
В качестве люминофоров обычно используют различныенеорганические соединения, легированные ионами редкоземельных элементов (Ce,Eu, Tb). Люминофоры, излучающие в красной области видимого спектра (λ = 610740 нм), зачастую основаны на свечении катионов Eu3+ (λmax = 615-618 нм при λex =390-395 нм), входящих в состав соединения, так как обладают высокойинтенсивностью и узкой шириной линии максимума спектра люминесценции (до 5нм). Другой немаловажной причиной использования катионов Eu3+ в качествекрасных люминофоров для WLED является соответствие энергии возбуждениялюминесценции европия с энергией, излучаемой полупроводником светодиода (λ =300-400 нм).
На рисунке 4 приведен пример свечения красного люминофора наоснове NaEu(MoO4)2 при облучении УФ (λex = 395 нм).Рисунок 4 - NaEu(MoO4)2 (слева) и его свечение в УФ (λex = 395 нм) (справа).16Полупроводники. Источники белого света на основе полупроводниковобладают схожей конструкцией с источниками на основе люминофоров. В основеисточника лежит светодиод, излучающий в синем или ультрафиолетовомдиапазоне длин волн. На этот светодиод наносится слой другого полупроводника,который при прохождении тока излучает в диапазоне длин волн от зелёного докрасного. Это может быть слой AlInGaP, GaAsP, InGaN или GaAs. На рисунке 5представленаструктураисточникабелогосветанаосновеInGaN/GaN,излучающего свет в синем диапазоне длин волн, и AlInGaP, излучающего свет вжелтом диапазоне длин волн [31].
Стоит отметить, что данный методограничивается использованием двухцветных схем, что негативно сказывается нацветопередаче такого WLED.Рисунок 5 - Источник белого света на основе полупроводниковогопреобразователя длин волн.Красители. Также в источниках белого света в качестве преобразователейдлины волны могут быть использованы различные красители.
Обычно ихрастворяют в герметике из полимеров или эпоксидной смолы [26]. Однако,главным недостатком красителей является ограниченный срок их службы, т.к. ониявляютсяорганическимисоединениямиидеградируютподдействиемультрафиолета. Срок службы источника на основе красителя значительно меньшесрока службы источников на основе полупроводников или люминофоров. Ещёодним серьёзным недостатком красителей является маленький стоксов сдвиг вспектре люминесценции, что делает затруднительным создание двухцветныхисточников белого света на их основе.17Перспективы развития светодиодов2.1.3.С развитием светодиодных технологий, способных в перспективе превзойтиряд других технологий отображения информации, также связывают перспективырынковэлектронно-бытовыхустройств.Светодиоды,предоставляющиевозможности создания прозрачных и гибких дисплейных панелей, а такжеразработки гибридных устройств, использующих органические электронныекомпоненты, концентрируют на себе внимание крупнейших компаний отрасли, втом числе General Electric, Philips, Osram [32].При исследовании технологических и рыночных перспектив светодиодовследует рассматривать две основные группы устройств: неорганические иорганические светодиоды.
Эти группы различаются как технологическимпроцессом изготовления, так и потребительскими свойствами и областямиприменения.Изготовление и применение неорганических светодиодов имеет более чемполувековую историю. Неорганические светодиоды характеризуются высокоймеханическойпрочностью,малымиразмерами,значительнойэнергоэффективностью и высокой скоростью переключения [33]. Традиционныеобласти применения неорганических светодиодов — твердотельные лазеры,экраны больших размеров, приборы для освещения, подсветки, индикацииинформации, а также для формирования изображений типа «бегущая строка».Изготовление неорганических светодиодов осуществляется в два этапа.Первый — изготовление светоизлучающего чипа, которое происходит сприменением процессов молекулярно-лучевой эпитаксии и металлоорганическихсоединений из газообразной фазы.
Второй включает сборку светодиода:корпусирование, присоединение оптической системы и системы охлаждения. Обапроцесса предъявляют повышенные требования к технологическому уровнюпроизводства — необходимо использование чистых комнат, материалов высокойстепени чистоты.Внастоящеевремяосновныминаправлениямитехнологическогосовершенствования неорганических светодиодов является повышение светоотдачии срока службы при снижении стоимости [27].
Решение этих задач предъявляет18спрос как на инженерно-конструкторские разработки, так и на проведение рядафундаментальных исследований.2.1.4.Молибдатыивольфраматыредкоземельныхэлементов–перспективные люминофоры для светодиодовМолибдатыивольфраматыредкоземельныхэлементовпредставляютбольшой интерес благодаря широкому набору уникальных свойств и простотеполучения.
Существует множество публикаций о структурах и свойствах данныхсоединений, в том числе и оптических. Благодаря возможности допированияданных структур другими катионами лантаноидов и хорошим спектральнымхарактеристикам они являются перспективными материалами для WLED.В качестве люминесцентных центров используют ионы Ce, Pr, Eu, Tb, Tm [210]. Это связано с хорошими люминесцентными характеристиками данныхэлементов - высокой интенсивностью люминесценции и малой полуширинойлиний в спектре.
Соединения, содержащие катионы Tm3+, используются в качествесиних люминофоров, соединения на основе Eu2+ и Tb3+ - в качестве зеленых, Pr3+ иEu3+ - красных, Се3+ - желтых люминофоров для флуоресцентных ламп,светодиодов, а также в качестве зондов в биохимии.Свечениесоединений,содержащихизлучательными переходами 5Di–7FjкатионыEu3+,обусловлено(i, j = 0, 1, 2, 3,..) катиона Eu3+ [34-38].Энергетическая схема квантовых уровней с примерами возможных излучательныхпереходов для катиона Eu3+ представлена на рисунке 6. Максимум интенсивностилюминесценции в соединениях с европием соответствует переходу 5D0–7F2 (λmax ~615-616 нм) [6, 14-15, 34-41].Из количества максимумов, соответствующих переходу 5D0–7F0 (λ = 580-585нм), на спектре люминесценции определяется асимметрия окружения позицииевропия в кристаллической решетке [42].
Магнитный дипольный момент катионовEu3+характеризуетсяинтенсивностьюперехода5D0–7F1,асоотношениеинтегральных интенсивностей переходов I(5D0–7F2)/I(5D0–7F1) в системах с р.з.э.широко используется как индикатор изменения локального катионного окруженияв структуре. Увеличение этого отношения говорит об увеличении ковалентности иполяризации окружения катионов Eu3+ [43-44].19Рисунок 6 - Энергетическая схема переходов Eu3+: (слева направо) 5D0–7F0, 5D0–7F1,5D0–7F2, 5D0–7F5, 5D1–7F1.Следует также отметить, что в спектрах возбуждения люминесценциимолибдатов и вольфраматов в области 250-350 нм присутствует широкаяинтенсивная полоса поглощения, характеризующая перенос заряда от O2- в группахMo(W)O42− через связи Mo(W)–O к люминесцентным центрам [3, 8, 14, 35, 43, 4553](рисунок7).Такимобразом,интенсивноесвечениемолибдатовивольфраматов, содержащих люминесцентные элементы, может быть вызвано нетолько использованием энергии, необходимой для непосредственного возбуждениялюминесцентных центров (λex ~ 299 нм для Tb3+ [54], λex ~ 352 нм для Dy3+ [55], λex ~379 нм для Er3+ [56], λex ~ 395 нм для Eu3+ [3] и др.), но и с использованиемизлучения в более коротковолновой области.Рисунок 7 – Спектры возбуждения люминесценции CaMoO4:R3+ (R = Eu3+ (a), Dy3+(б), Tb3+ (в)).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
