Почему высокая цена на качественную светодиодную продукцию? Часть – 6
Почему высокая цена на качественную светодиодную продукцию? Часть – 6
В последних нескольких сообщениях мы проанализировали ведущие факторы светодиодных выводных рамок, чипов и герметиков с точки зрения их качества и стоимости. Теперь мы переходим к финалу нашей серии «высококачественных светодиодов» — светодиодному люминофору.
ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ СВЕТОДИОДНЫХ ФОСФОРОВ
Большинство светодиодных люминофоров представляют собой неорганический фотолюминесцентный порошок, изготовленный из редкоземельных материалов. Под действием света высокой энергии электроны основного состояния поглощают энергию возбуждающего света и переходят в возбужденное состояние более высокого энергетического уровня. Нестабильность возбужденного состояния заставляет электрон переходить обратно в основное состояние в наносекундном временном масштабе. При этом возбужденные электроны сопровождаются излучением энергии, при котором часть энергии превращается в фотоны и воспринимается нами.
Из предыдущего поста о светодиодных чипах мы знаем, что для изготовления светодиодов разных цветов, таких как красный, желтый, зеленый, синий, фиолетовый и т. д., используются разные материалы, а белый светодиод можно получить, смешав несколько цветов чипов. Тем не менее, все они имеют разную эффективность яркости, и даже для чипов, изготовленных из одного и того же материала, длины волн вряд ли можно отрегулировать до одинакового уровня. Кроме того, полная ширина на полувысоте (FWHM) светодиодного чипа обычно довольно мала. Это означает, что получение белого света путем смешивания различных микросхем обходится дорого. Более того, смешанный свет даже близко не соответствует естественному свету, к которому привыкли наши глаза, что делает такой подход совершенно неэффективным.
Если мы добавим в рецепт люминофор, то в первую очередь будет сэкономлено большое количество чипсов. Кроме того, свет будет намного мягче, так как ширина люминофора на полувысоте больше, чем у чипа. Итак, давайте посмотрим на некоторые из наиболее часто используемых люминофоров в промышленности.
ВИДЫ СВЕТОДИОДНЫХ ФОСФОРОВ
Обычно люминофоры можно классифицировать по цветам, например, зеленый люминофор, оранжевый люминофор и красный люминофор. По типу материала их также можно разделить на типы YAG, силикатные, LuAG, GaYAG, нитридные, фосфатные и так далее. Конечно, каждый тип имеет свои плюсы и минусы в различных сценариях применения.
Люминофор YAG: Люминофоры YAG представляют собой алюминатные соединения, которые физически и химически стабильны. Они имеют широкое излучение на полувысоте и высокую яркость. Этот тип широко применяется из-за зрелой технологии обработки и дешевого сырья. Тем не менее, узкая полоса волн возбуждения и спектральная нехватка красного света дают светодиодам типа YAG низкие значения CRI.
Силикатный люминофор: этот тип люминофора имеет широкую регулируемую длину волны излучения, но плохую химическую стабильность. Он уязвим к влаге и высокой температуре и имеет узкую полуширину. Эти свойства ограничивают область применения светодиодами малой мощности.
Люминофор LuAG: Люминофор LuAG обладает стабильными химическими и термическими свойствами. Обладая высокой светоотдачей и небольшим затуханием, его можно использовать вместе с другими типами красных люминофоров для получения высококачественного белого света. Однако сырье дорогое, а производственный процесс очень сложный, что делает этот тип люминофора дорогостоящим.
Люминофор GaYAG: Люминофор GaYAG представляет собой зеленый люминофор YAG, содержащий элемент Ga. Подобно LuAG, он химически и термически стабилен, обладает высокой эффективностью возбуждения и небольшим затуханием. Белый светодиод с высоким индексом цветопередачи может быть реализован за счет комбинации люминофора GaYAG и других красных люминофоров. Недостаток заключается в том, что он имеет узкую полосу волн возбуждения, что повышает требования к светодиодному чипу.
Нитридный люминофор: Нитридный люминофор имеет стабильные тепловые характеристики, широкий диапазон волн возбуждения и широкую регулируемую длину волны излучения, поэтому он обычно используется в белых светодиодах с высоким индексом цветопередачи. Как и люминофор LuAG, этот тип также дорог из-за высокой стоимости сырья и сложного производственного процесса.
Фосфатный люминофор: это синий люминофор, обычно используемый в белых светодиодах полного спектра вместе с другими типами люминофора. Он имеет ограниченное применение и одну из самых высоких цен благодаря своим уникальным характеристикам.
3 СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА БЕЛОГО СВЕТА
В настоящее время существует три распространенных способа получения белого света с помощью люминофоров, возбуждаемых светодиодными чипами.
1. Синий чип + желтый (YAG) люминофор
Такой подход дает светодиоду высокую светоотдачу, но ему не хватает красного света в спектре, что приводит к низкой способности цветопередачи. Обычно он применяется в приложениях с более низкими требованиями к качеству света.
2. Синий чип + зеленый люминофор + красный люминофор
Этот подход обеспечивает меньшую светоотдачу, чем первый. Однако с красным люминофором в рецепте он дополняет красную часть спектра. Показывая высокую способность цветопередачи, он широко принят рынком.
3. Фиолетовый чип + синий люминофор + зеленый люминофор + красный люминофор
Комбинация фиолетового чипа и трех цветов люминофоров имеет спектр, наиболее близкий к естественному свету, и обеспечивает высочайшее качество света. При этом используется большое количество люминофора, что делает эффективность довольно низкой. Этот метод применяется для производства самых дорогих белых светодиодов, так как в настоящее время фиолетовые чипы намного дороже синих, а технология упаковки менее развита. Применение ограничено в определенных областях, где требуется чрезвычайно высокое качество света.
ВЛИЯНИЕ ФОСФОРОВ
При производстве светодиода люминофор равномерно смешивается с герметиком и наносится на чип. Люминофор является доминирующим в качестве света светодиода.
Вот несколько точек зрения, с которых можно повлиять на качество света.
Морфология частиц. Форма частиц имеет решающее значение для начальной яркости светодиода и характеристик затухания. Как показано на рис. 1 ниже, сферический люминофор имеет лучшее рассеивание в герметике и может быть нанесен более равномерно. Кроме того, люминофор является поверхностным эмиттером. Другими словами, чем меньше поверхностных дефектов, тем выше светоотдача. Сферический люминофор имеет меньше поверхностных дефектов, поэтому обладает большей начальной светоотдачей.
Рисунок 1. а) Морфология частиц сферического люминофора. б) Морфология частиц нерегулярного люминофора.
Размер частиц: Размер частиц — это средний диаметр частиц люминофора, который обычно колеблется от нескольких микрометров до десятков. Осаждение люминофора в процессе дозирования влияет на спектральные характеристики светодиода. Частицы большего размера имеют большую скорость осаждения и более неуправляемы. Другим ключевым фактором является распределение частиц по размерам (PSD), которое говорит об однородности размеров частиц. Таким образом, для производства источников света с высокой стабильностью цвета требования к размеру частиц и PSD являются высокими и строгими.
Стабильность: Стабильность включает химическую стабильность, термическую стабильность и влагостойкость. Все они влияют на изменение спектра и затухание выходного сигнала при использовании. Стабильность люминофора определяется чистотой сырья, интеграцией и методами обработки. Производители люминофора обычно добавляют специальный процесс во всю производственную процедуру, чтобы повысить стабильность. На Рис. 2 и Рис. 3 показана обработка покрытия, проведенная производителем люминофора, принадлежащим Yuji. Как видно, люминофор без покрытия будет агломерироваться после поглощения влаги, нарушая однородность люминофора и, наконец, уменьшая общий световой поток. В то время как после обработки покрытия можно заметить явное улучшение влагостойкости.
Рис. 2. а) Люминофор без покрытия до поглощения влаги. б) Люминофор без покрытия после поглощения влаги.
Рис. 3. а) Люминофор с покрытием до поглощения влаги. б) Люминофор с покрытием после поглощения влаги.
Вывод
Благодаря этой серии «высококачественных светодиодов», посвященной выводным рамкам светодиодов, чипам, герметикам и люминофорам, мы можем видеть, что каждая часть светодиода имеет решающее значение для качества источника света по-разному. Выводная рамка определяет эффективность рассеивания тепла, так же как чип — яркость, герметик — герметичность, а люминофор — качество цвета. Любой дефект в любой части может привести к серьезному дефекту работы светодиода.
Являясь поставщиком высококачественных светодиодных источников света, Yuji LED всегда придерживается строгих стандартов при выборе материалов и выбирает только наиболее подходящие материалы, чтобы обеспечить наилучшее качество и удобство для пользователя. Мы всегда были и будем заниматься разработкой высококачественных источников света и обеспечением рынка идеальным светом.