Подробный обзор светодиодного люминофора, часть II: Производительность люминофора
Подробный обзор светодиодного люминофора, часть II: Производительность люминофора
Каковы характеристики светодиодных люминофоров и их влияние на характеристики упакованных светодиодов?

Характеристики светодиодных люминофоров в основном можно разделить на свойства порошка, распределение частиц по размерам и стабильность (характеристики старения) и т. д. Обычно люминесцентные характеристики светодиодов в основном относятся к квантовой эффективности люминофоров, спектру, относительной яркости, относительной интенсивности, Цветовая координата CIE1931, пиковая длина волны, FWHM (полная ширина на половине максимума) и т. д., с некоторыми корреляциями между этими параметрами. В практических приложениях в качестве ключевых показателей эффективности в разных областях, как правило, выбирают разные параметры. В общем, такие параметры, как (1) квантовая эффективность, (2) цветовая координата CIE1931, (3) пиковая длина волны и (4) полуширина считаются основными параметрами оптических характеристик; эквивалентный размер частиц, распределение по размерам и степень дискретности представляют собой свойства частиц порошка; затухание света оценивает стабильность в маркетинговом и исследовательском анализе.
Параметры производительности порошка светодиодного люминофора

1. Квантовая эффективность

Отношение энергии излучения (число фотонов) люминесцентных материалов к энергии возбуждения (число фотонов)
Квантовая эффективность ≈ Энергетическая эффективность (η)

η=Eem/Ein

Eem:энергия излучения Ein:энергия возбуждения
В реальном процессе не вся энергия может быть поглощена, а определенная часть энергии отражается или уходит. Следовательно, скорость поглощения является параметром, который необходим для реального процесса люминесценции. Приведенную выше формулу можно изменить, используя такие параметры, как внешняя квантовая эффективность (eQE), внутренняя квантовая эффективность (iQE) и скорость поглощения (Abs).

l Внешняя квантовая эффективность: отношение количества излучаемых фотонов ко всему количеству входящих фотонов

l Внутренняя квантовая эффективность: отношение количества излучаемых фотонов к числу поглощенных падающих фотонов
eQE=Abs*iQE

iQE=η=Eem/Ein
Установлено, что iQE определяется кристаллической структурой самого светодиодного люминофора. Чем лучше кристалличность, тем выше iQE. Скорость поглощения зависит не только от кристаллической структуры самого люминофора, но и от размера частиц и распределения частиц порошка по размерам. При разработке и применении светодиодных люминофоров о люминесцентных характеристиках люминофоров часто судят по IQE. Соответствующая способность люминофоров возбуждать энергию оценивается по скорости поглощения. EQE (произведение IQE и Abs) отражает энергоэффективность светодиодного люминофора. Следует отметить, что разница КЭ между светодиодными люминофорами велика. Существуют также серьезные отклонения, если светодиодные люминофоры производятся по разным технологиям и разными производителями даже в условиях одной и той же системы, одного и того же соотношения, одной и той же температуры и времени синтеза. Если взять в качестве примера нитридный (1113) красный люминофор серии MPR, который производится Beijing Nakamura Yuji Technology Co., Ltd., дочерней компанией Yuji Group, IQE, скорость поглощения и другие параметры серии могут достигать двойного (как более 90%) в результате постоянного улучшения процесса. EQE, определяемый двумя параметрами, на 2% выше, чем у отечественных и зарубежных конкурирующих продуктов.

2. Спектры

Спектры указывают длину волны возбуждения и длину волны излучения светодиодных люминофоров.

(1) Спектр возбуждения (Ex)

l отражает степень отклика материала на внешнее возбуждающее излучение.

l характеризует эффективные длины волн для возбуждения.

(2) Спектр излучения (Эм)

l указывает на изменение энергии излучения материала при возбуждении определенной длины волны.

l отражает форму, местонахождение и энергоемкость излучения.

(3) Закон Стокса: длина волны излучения больше длины волны спектра возбуждения.

Закон Стокса, также известный как сдвиг Стокса, анализирует механизм фотолюминесценции с точки зрения спектра и дополнительно подтверждает концепцию квантовой эффективности. В процессе освещения энергия возбуждения не полностью поглощается светодиодным люминофором, а часть энергии отражается или передается. Хотя большая часть поглощенной энергии будет выделяться в виде света, остальная часть энергии может быть преобразована в тепло, механическую энергию или другие формы электромагнитных волн. В процессе люминесценции потеря энергии приводит к тому, что испускаемая энергия становится меньше поглощаемой энергии, и, таким образом, длина волны испускаемого света короче, чем длина волны возбуждающего света. Это так называемый стоксов сдвиг.
3. Пиковая длина волны (λ/нм)

WLP (пиковая длина волны): длина волны соответствует максимальной силе света или мощности излучения. Это чисто физическая величина, которую можно выразить в λp. Как правило, длина волны пика относится либо к длине волны пика возбуждения, либо к длине волны пика излучения, которые представлены λex и λem соответственно. Пиковая длина волны возбуждения является наиболее чувствительной длиной волны светодиодного люминофора к энергии возбуждения. Пиковая длина волны излучения — это длина волны света с наибольшей интенсивностью, излучаемого светодиодным люминофором. В реальных применениях светодиодных люминофоров светодиодные устройства являются основой люминесценции. Для разных типов устройств определяются возбуждающий свет и длина волны возбуждения. Следовательно, пиковая длина волны часто относится к пиковой длине волны излучения; а длина волны пика возбуждения скрыта в характеристиках светодиодного устройства.

4. Полная ширина на половине максимума (FWHM)

FWHM — это ширина линии на половине максимальной высоты полосы, которая объективно отражает чистоту цвета и световую площадь светодиодного люминофора. Вообще говоря, чем уже FWHM пика излучения, тем чище цвет света, который он представляет. И чем шире FWHM пика излучения, тем более широкий спектр света он представляет. В разных районах требования FWHM несколько отличаются. Например, в области белого светодиодного освещения ширина светодиодного люминофора на полувысоте требует определенной ширины. Спектр, излучаемый светодиодным устройством, сформированный из люминофоров и стандартного синего света, может охватывать всю видимую область для достижения эффекта «солнечного спектра». В области дисплеев со светодиодной подсветкой чем меньше полуширина по полуширине, тем лучше, что приводит к более чистому цвету излучаемого света и полезно для согласования цветов и распределения цветовой гаммы.

С другой стороны, FWHM также указывает на кристалличность светодиодного люминофора. Чем лучше кристалличность люминофора, тем меньше дефектов решетки и тем уже соответствующая полуширина. В рамках одной и той же системы свойства порошка тем лучше, чем меньше ширина светодиодного люминофора на полувысоте. И разные системы имеют свою характеристику FWHM. Например, FWHM желтого порошка YAG составляет 100-120 нм; ширина по полуширине нитридного красного люминофора (НКРФ) 70-90 нм; ширина на полувысоте зеленого люминофора оксида азота (β-сиалон) составляет 40-60 нм; FWHM красного фторида кремния (KSF) составляет около 30 нм. Компания Beijing Nakamura Yuji Technology Co., Ltd. (BNY) состоит из сильной команды отечественных и зарубежных специалистов, опирающихся на независимые исследования и разработки для постоянного улучшения производственных процессов и качества продукции. При том же соотношении и тех же условиях обжига FWHM нитридного красного люминофора серии MPR, производимого BNY, на 2% ниже, чем у конкурирующего продукта, благодаря оптимизации технологического маршрута, что позволяет достичь самых высоких показателей в мире.

Очевидно, что требования в разных областях неодинаковы, но BNY может предоставить клиентам полный спектр персонализированных продуктов, основанных на их сильных исследованиях, разработках и производственных мощностях.

5. Координаты цветности (Cx, Cy)
Диаграмма цветности CIE 1931 представляет собой диаграмму цветности CIE, представленную номинальными значениями, где x представляет красный компонент, а y представляет зеленый компонент. Точка E представляет собой белый свет, координаты которого равны (0,33, 0,33). Цвета, окружающие край цветового пространства, являются спектральными цветами, которые являются наиболее насыщенными цветами. Числа на границе представляют длины волн спектрального цвета, а контур содержит все воспринимаемые тона. Весь монохроматический свет расположен на контурной кривой языка, которая является монохроматическим локусом. А реальные цвета в природе расположены внутри замкнутой кривой. Три физических основных цвета, выбранные в системе RGB, находятся на кривой языка диаграммы цветности. Другими словами, каждый тип света может найти соответствующее представление точки координат на диаграмме цветности CIE. Если соединение двух координатных точек проходит через промежуточную область белого света, то белый свет может быть образован комбинацией двух люминофоров. В практических применениях светодиодного люминофора синий или фиолетовый свет от полупроводниковых чипов имеет фиксированную точку цветовой координаты, образуя треугольник с двумя другими точками цветовой координаты. Если геометрический центр треугольника находится в области белого света, будет достигнута белая светодиодная подсветка. При разработке белого светодиодного освещения самый ранний белый свет формируется комбинацией стандартного синего света и желтого люминофора для белого света с высокой CCT. Однако, несмотря на преимущества светодиодов, в то же время присутствует низкий индекс цветопередачи (Ra). Чтобы продвигать CRI светодиодных устройств, технологический маршрут постепенно развивался до стандартного синего света + зеленого порошка + нитридного красного порошка (1113). Производительность светодиодных устройств на основе трехцветного решения также постоянно улучшается.

6. Размер частиц

(1) Диаметр частиц и эквивалентный диаметр

Чешуйчатые, стержневые, эллипсоидные частицы приближены к сфере.

(2) Значение D10, D50, D90

D-величины являются одним из методов контроля гранулометрического состава.

Если мы выстроим все частицы порошка по диаметру частиц и аккумулируем частицы в порядке возрастания. D10, D50 и D90 — диаметры перехвата для 10%, 50% и 90% совокупной массы.

Другими словами, D10 измеряет диаметр мелких частиц, а D90 измеряет диаметр крупных частиц порошка. D50 также называют срединным диаметром.

(3) Коэффициент распределения / Дискретная степень

К = (Д90 – Д10) / Д50

K указывает на однородность размеров частиц.

QD = (D75 – D 25) / (D75 + D25)

При том же значении K КТ обеспечивает еще один подход к различению однородности размеров частиц.