ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет», Ставрополь, Россия

С. Н. Кичук, ведущий инженер научно-исследовательской лаборатории керамики и технохимии, эл. почта: skichuk@ncfu.ru
Д. С. Вакалов, заведующий сектором физико-химических методов исследования и анализа, канд. физ.-мат. наук, эл. почта: dvakalov@ncfu.ru
И. С. Чикулина, заведующая научно-исследовательской лабораторией керамики и технохимии, эл. почта: ichikulina@ncfu.ru

ООО «НЕПЕС РУС», Саранск, Россия

О. В. Коротков, ведущий инженер, эл. почта: olegms2@gmail.com

В работе принимал участие О. М. Чапура, ведущий инженер научно-исследовательской лаборатории тонких пленок и наногетероструктур Научно-лабораторного комплекса чистых зон физико-технического факультета ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет».

При производстве белых светодиодов одним из наиболее важных параметров наряду с эффективностью является расход люминофора. Зависимость эффективности белых светодиодов от размера частиц и морфологии люминесцентных порошков на основе иттриево-галлиево-алюминиевого граната (YGAG:Ce), а также изменение расхода люминофора при производстве светоизлучающих источников света в литературе практически не изучались. Снижение производственных затрат за счет улучшения технологичности производственного процесса, а также улучшение люминесцентных свойств — чрезвычайно важная задача при изготовлении белых светодиодов. В статье проанализирована зависимость эффективности белых светодиодов от размера частиц и морфологии люминесцентных порошков на основе иттриево-галлиево-алюминиевого граната (YGAG:Ce), а также показано изменение расхода люминофора при производстве светоизлучающих источников. Проведено исследование гранулометрического состава, морфологии, рентгенофазового состава, спектральных параметров. Выявлено значительное изменение интенсивности свечения порошковых люминофоров при уменьшении гранулометрического состава и незначительное влияние гранулометрического состава люминофора на интенсивность свечения светоизлучающих диодов (СИД). На основе экспериментальных данных показано снижение расхода люминесцентного порошка, а следовательно, и экономия затрат при приготовлении люминофорной смеси для изготовления белых светодиодов. Из анализа спектров люминесценции порошковых люминофоров выявлена следующая закономерность: интенсивность люминесценции порошковых люминофоров последовательно снижается при уменьшении размерности люминофоров. Из анализа результатов тестов СИД выявлено, что эффективность излучения светодиодного модуля находится приблизительно на одинаковом уровне в диапазоне 135–140 лм/Вт при различных гранулометрических составах зеленого люминофора. Определен оптимальный гранулометрический состав люминофора, обеспечивающий высокие параметры эффективности СИД при низком расходе люминесцентного порошка.

1. Yiming L., Jun Z., Mingming Sh., Yang L. et al. Effect of phosphor composition and packaging structure of flexible phosphor films on performance of white LEDs // Journal of Materials Science: Materials in Electronics. 2018. Vol. 29. P. 18476–18485.
2. Zhanchao W., Zhiguo X. Materials, technologies, and applications. Woodhead Publishing Series in Electronic And Optical Materials / Huang National Taiwan University. — Second Edition. — Taipei : Woodhead Publishing, 2018. P. 123–208.
3. Ting Y., Hongyi J., Ou H., Ye D. et al. Effect of oxygen vacancies on the persistent luminescence of Y₃Al₂Ga3O₁₂:Ce³⁺,Yb³⁺ phosphors // Inorganic Chemistry. 2021. Vol. 60, No. 23. P. 17797–17809.
4. Ting Y., Hongyi J., Ye D., Shuning L. et al. Tuning the persistent luminescence property of a Y₃Al₂Ga3O₁₂ :Ce³⁺ ,Yb³⁺ phosphor by controlling the intrinsic oxygen vacancy concentra tion // Optics Express. 2022. Vol. 30, No. 21. P. 38239.
5. Narendran N., Maliyagoda N., Deng L., Pysar R. M. Characterizing LEDs for general illumination applications: mixedcolor and phosphor-based white sources. Proc. SPIE 4445 // Solid State Lighting and Displays. 2001. Issue 05.12. DOI: 10.1117/12.450037
6. Kuo H.-C. et al. Patterned structure of remote phosphor for phosphor-converted white LEDs // Opt. Express. 2011. Vol. 19, No. S4. P. A930.
7. Krames M. R. et al. Status and future of high-power light-emitting diodes for solid-state lighting // Display Technology. 2007. Vol. 3, No. 2. P. 160–175.
8. Xiaowu H., Yanbiao R., Caixia H., Ben M. et al. Clarifying the effect of local structure of Ce³⁺ and Eu³⁺ on photoluminescence of YAG:Ce,Eu nanophosphors // Journal of Alloys and Compounds Packaging. 2020. Vol. 822. P. 153671.
9. Hua Y. et al. Synthesis and packaging performance of regular spherical YAG...Ce³⁺ phosphors for white LEDs // Chinese J. Lumin. 2013. Vol. 34, No. 4. P. 427432.
10. Leleckaite A. et al. Sol-gel preparation and characterization of codoped yttrium Aluminium garnet powders // Zeitschrift für Anorg. und Allg. Chemie. 2005. Vol. 631, No. 15. P. 2987– 2993.
11. Jia D. et al. Synthesis and characterization of YAG:Ce³⁺ LED nanophosphors // J. Electrochem. Soc. 2007. Vol. 154, No. 1. P. J1.
12. Bois Ch., Bodrogi P., Khanh T.-Q., Winkler H. White LED light characteristics as a function of phosphor particle size // ECS Journal of Solid State Science Technology. 2012. Vol. 1, No. 5. P. 131–135.
13. Kanai K., Fukui Y., Kozawa T., Kondo A. et al. Effect of flux powder addition on the synthesis of YAG phosphor by mechanical method // Advanced Powder Technology. 2018. Vol. 29. P. 457–461.
14. Zong-Yuan L., Cheng L., Bin-Hai Y., Yao-Hao W. Effects of YAG:Ce phosphor particle size on luminous flux and angular color uniformity of phosphor-converted white LEDs // Journal of Display Technology. 2012. Vol. 8, No. 6. P. 329–335.
15. Abd H. R., Hassan Z., Ahmed N. M, Omar A. F. et al. Effect of annealing temperature on growth particles of YAG: Ce³⁺ phosphor and white light chromaticity values // Journal of Physics: Conference 2018 Series (1083) 012021.
16. ТУ КОМП 2-688–14. Технические условия: Аммоний хлористый NH4Cl, химический чистый. — Введ. 2014.
17. ТУ 2621-012-56222215–2011. Химически чистый барий фтористый для выращивания кристаллов. — Введ. 2011.