Неорганические люминофоры - Казгикин О.Н.
Скачать (прямая ссылка):
100
Таблица IV.10 Эффективность преобразования электрической энергии в видимую для светодиодов на основе арсенида « галлия с люминофорным покрытием [99]
Энергетическая эффективность, % Условия возбуждения
Снетодиод Цвет свечения диода люминофора и эффективность ИК-диода (полусферического)
GaP-ZnO GaAs — Si + . -f-Yo,74Yb0>25Ero,oiOCl Красный » 3—15 1.0 10,0 /=1А/см2 0,ЗА; 1,5В; г)=10%
GaP-N GaAs—Si + + Ba0,5Ybo,45Er0,o5F5 Зелепый » 0.6 0,1 0,8 Импульсный режим; 7 = 80 А/см2 0,ЗА; 1,5В; п--12%
GaN GaAs-Si + + Yo,65Ybo,35Tm0,ooiF3 Голубой » 0,005— 0,0015 0,011 0,1 Сублинейная зависимость (15—400 мВт) 0,3А; 1.5В; п ¦-- 10%
500
550
600
б
I отн ед.
650
700 Л,нм
400
J
<50
КО Л, ./л?
Рис. IV.26. Спектры излучения люминофоров с зеленым (а) и голубым
(б) свечениями:
1 — ЬагОг8-УЪ-Ег (Л-44); 2 — ШУР4-УЬ-Ег (ИКВ-1); 3 — УР.-УЬ-Тгп.
101
500
600
Рис.
700 Л, им
IV.27. Спектр поглощения люминофора ИКВ-1 (ШУ^-УЬ-Ег).
Характерной особенностью люминофоров, содержащих иттербий и эрбий, является перемена цвета свечения в зависимости от условий возбуждения. Это связано с тем, что красная полоса разгорается пропорционально степени 2,5 от интенсивности возбуждения, а зеленая — пропорционально квадрату. При импульсном возбуждении цвет свечения зависит также от длительности импульсов ИК-возбуждения. При коротал ких импульсах (—100 мкс) преобладает зеленая полоса, а при длинных (~ 500 мкс) — красная. В принципе, возможно получить любой цвет, используя смесь из трех люминофоров с голубым, зеленым и красным свечением и комбинируя условия возбуждения (интенсивность и длительность).
Спектры возбуждения люминесценции определяются в основном поглощением ИК-излучения ионом иттербия, поэтому максимальное возбуждение фосфоров происходит вблизи 975 нм. Это справедливо для всех люминофоров с использованием УЬ3+ в качестве сенсибилизатора. Однако решетка основы оказывает большое влияние на вероятности переходов в процессе излучения и поглощения, на время жизни различных уровней и предельные эффективности преобразования. В связи с этим спектры возбуждения несколько различаются в зависимости от вида основы люминофора. На рис. IV.21 показаны спектры возбуждения люминесценции для оксисуль-фида лантана (Л-44) и натрий-иттрий тетрафторида (ИКВ-1); здесь же приведен спектр излучения диода из арсенида галлия, легированного кремнием. Видно, что излучение СаАэ — Э1 может быть использовано не больше чем на 30% в случае фторидов и на 60% в случае оксисульфида.
Среди других возможных источников возбуждения следует отметить лампы накаливания (особенно «йодные») и ксе-ноновые дуговые лампы высокого давления, значительная
часть излучения которых находится в ИК-области. У лампы накаливания с йодным циклом примерно 3% всей мощности приходится на ИК-из-лучение в области 900—1000 нм, т. е. примерно столько же сколько приходится на излучение в видимой области спектра. Использование даже части этой энергии для преобразования в видимое излучение заметно повысило бы светоотдачу ламп накаливания. Сложность решения подобной задачи заключается в том, что антистоксовские люминофоры заметно поглощают в той же области, где и излучают (рис. IV.27). Поэтому слой люминофора, нанесенный на колбу лампы, будет сильно ослаблять излучение. Кроме того, поверхность колбы лампы нагревают до 200°, а при этом происходит тушение люминесценции большинства антистоксовских люминофоров.
Температурная зависимость люминесценции. Зависимость яркости свечения антистоксовских люминофоров от температуры определяется главным образом
120 '80
IX
Рис. IV.28. Зависимость люминесценции в зеленой полосе от температуры [99].'
1 — ЪаР,-УЬ-Ег; 2 — YFj.Yb.Er; 3 — У.О.в.УЬ-Ег; 4 — КаУЬДУО,-Ег.
102
природой соединения, и в меньшей степени соотношением концентраций активирующих добавок.
На рис. IV.28 показаны зависимости яркости свечения от температуры для различных основ [99]; кривые нормированы к величине яркости при комнатной температуре. Для фторидов подобная функция имеет максимум в районе (—60)— {__80°); в случае оксисульфидов — при (—160°) и для вольфраматов — при 120°.
Применение антистоксовских люминофоров
Как уже отмечалось, интерес к антнстоксовским люминофорам резко возрос после того, как было обнаружено совпадение сцектров возбуждения люминесценции с ИК-излучением арсенида галлия. Практическое применение их в настоящее время целиком связано с изготовлением светодиодов. Антистоксовские люминофоры эффективно излучают только при высокой плотности возбуждения, поэтому для концентрирования ИК-излучения применяют диоды очень маленького размера. Поглощение редкоземельных люминофоров в ИК-области невелико, и значительная доля излучения проходит через слой люминофора без поглощения. Поэтому подбирают оптимальную толщину слоя люминофора и его гранулометрический состав таким образом, чтобы максимально использовать ИК-излучение и избежать потерь на самопоглощение. Спектр поглощения люминофоров в видимой области спектра полностью соответствует их спектру излучения (см. рис. IV.27). Для увеличения степени использования ИК-излучения применяют органические связки с показателем преломления, промежуточным между полупроводником (3,5) и люминофором (1,4). Важно, чтобы в люми-нофорном покрытии отсутствовали воздушные прослойки.
