К анализу различных типов люминесценции для оптимизации характеристик люминофорных осветительных устройств

  • Сергей [Sergey] Михайлович [M.] Зуев [Zuev]
Ключевые слова: люминофор, энергоэффективность, спектры излучения и поглощения, осветительное устройство, оптико-электронные приборы и системы

Аннотация

Описаны назначение, область применения, основные параметры осветительных систем c применением люминофора. Представлена технология получения люминофоров. Дана оценка их энергетического выхода и инерционности. Приведены данные о световой отдаче светодиода и лазерного осветительного устройства. Обоснована необходимость исследования различного типа видов люминесценции для оптимизации характеристик люминофорных осветительных устройств. Определены достоинства и недостатки люминофорных светодиодов. Рассмотрен принцип действия активаторов для люминофоров. Даны спектры излучения и поглощения светодиода, изготовленного по RGB-технологии, спектр светодиода, выполненного по люминесцентной технологии, а также лазерного осветительного устройства с люминофорным излучателем. Описан технологический процесс изготовления люминофоров. Показано, что люминофоры разного состава обеспечивают люминесценцию в различных областях спектра, а для создания источников «белого» света, спектр которого максимально приближен к спектру солнечного света, необходимо использовать фотолюминофоры на основе галофосфатов кальция, активированных ионами Mn, Sb.

Сведения об авторе

Сергей [Sergey] Михайлович [M.] Зуев [Zuev]

кандидат физико-математических наук, доцент МИРЭА — Российский технологический университет, e-mail: sergei_zuev@mail.ru

Литература

1. Гурвич А.М. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. М.: Высшая школа, 1971.
2. Žukauskas A., Vaicekauskas R., Shur M. Solid-state Lamps with Optimized Color Saturation Ability // Optics Express. 2010. V. 18. No. 3. Pp. 2287—2295.
3. Chang C.-Y. e. a. Broadening Phosphor-converted Light-emitting Diode Emission: Controlling Disorder // Chemistry of Materials. 2022. V. 34(22). Pp. 10190—10199.
4. Бадгутдинов М.Л. и др. Спектры люминесценции, эффективность и цветовые характеристики светодиодов белого свечения на основе p-n-гетероструктур InGaN/GaN, покрытых люминофорами // Физика и техника полупроводников. 2006. Т. 40. № 6. С. 758—763.
5. Preuster P., Wasserscheid P., Papp C. Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCS): Toward a Hydrogen-free Hydrogen Economy // Accounts of Chem. Research. 2017. V. 50(1). Pp. 74—85.
6. Burhan M., Shahzad M.W., Ng K.C. Hydrogen at the Rooftop: Compact CPV-hydrogen System to Convert Sunlight to Hydrogen // Appl. Thermal Eng. 2018. V. 132. С. 154—164.
7. George N.C., Denault K.A., Seshadri R. Phosphors for Solid-state White Lighting // Annual Rev. Mater. Res. 2013. V. 43. Pp. 481—501.
8. Kolmann S.J., Chan B., Jordan M.J.T. Modelling the Interaction of Molecular Hydrogen with Lithium-doped Hydrogen Storage Materials // Chem. Phys. Lett. 2008. V. 467. No. 1—3. Pp. 126—130.
9. Shirasaki, Y., Supran, G.J., Bawendi, M.G., Bulović, V. Emergence of Colloidal Quantum-dot Light-emitting Technologies // Nature Photonics. 2013. V. 7(1). Pp. 13—23.
10. Jiang H.-L., Singh S.K., Yan J.-M., Zhang X.-B., Xu Q. Liquid-phase Chemical Hydrogen Storage: Catalytic Hydrogen Generation under Ambient Conditions // Chemistry and Sustainability, Energy and Materials. 2010. V. 3. No. 5. Pp. 541—549.
11. Пат. № 197045 РФ. Светопередающий модуль системы беспроводной связи по технологии VLC / Скворцов А.А., Зуев С.М. // Бюл. изобрет. 2020. № 9.
12. Li Y., Yang R.T. Hydrogen Storage in Metal-organic Frameworks by Bridged Hydrogen Spillover // J. American Chem. Soc. 2006. V. 128(25). Pp. 8136—8137.
13. Kamegawa A., Okada M. Hydrogen Storage Technology in High Pressure Science Storaging Tank Engineering Engineering and Hydrogen Storage Media // Koatsuryoku No Kagaku To Gijutsu. 2007. V. 17. No. 2. Pp. 173—179.
14. Зуев С.М., Варламов Д.О., Кукса В.В. К анализу характеристик лазерного осветительного устройства // Приборы и техника эксперимента. 2021. № 6. С. 57—62.
15. Tarasov B.P., Lototskii M.V., Yartys' V.A. Problem of Hydrogen Storage and Prospective Uses of Hydrides for Hydrogen Accumulation // Russian J. General Chem. 2007. V. 77(4). Pp. 694—711.
16. Grigoriev S.A., Porembsky V.I., Fateev V.N. Pure Hydrogen Production by PEM Electrolysis for Hydrogen Energy // Intern. J. Hydrogen Energy. 2006. V. 31(2). Pp. 171—175.
17. Gong L. e. a. Spontaneous Ignition of High-pressure Hydrogen During its Sudden Release into Hydrogen/air mixtures // Intern. J. Hydrogen Energy. 2018. V. 43(52). Pp. 23558—23567.
18. Aminov R.Z., Egorov A.N. Hydrogen-oxygen Steam Generation for a Closed Hydrogen Combustion Cycle // Intern. J. Hydrogen Energy. 2019. V. 44(21). Pp. 11161—11167.
19. Startsev A.N. Hydrogen Sulfide as a Source of Hydrogen Production // Russian Chem. Bull. 2017. V. 66(8). Pp. 1378—1397.
20. Chen L., Lin C.C., Yeh C.W., Liu R.S. Light Converting Inorganic Phosphors for White Light-emitting Diodes // Materials. 2010. V. 3. Pp. 2172—2195.
21. Wang F., Wang W., Zhang L., Zheng J., Jin Y., Zhang J. Luminescence Properties and Its Red Shift of Blue-emitting Phosphor Na3YSi3O9:Ce3 + for UV LED // RSC Adv. 2017. V. 7. Pp. 27422—27430.
22. Вавилов С.И. Собрание сочинений. Т. 2. М.: Изд-во АН СССР, 1952.
23. Лосев О.В. Фотоэлектрический эффект в любом активном слое карборунда // Журнал технической физики. 1931. Т. 1. № 7. С. 718—724.
24. Nakamura S. InGaN/AlGaN Blue‐light‐emitting Diodes // J. Vacuum Sci. & Technol. 1995. A13. Pp. 705—710.
25. Чукова Ю.П. Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения. М.: Советское радио, 1980.
26. Близнюк В.В., Ивакин Ю.Д., Коваль О.И., Мансурова Н.Г., Арсеньев И.П. Спектры стоксовской и антистоксовской люминесценции гидроксиапатита кальция // Шумовые и деградационные процессы в полупроводниковых приборах: Материалы докл. Междунар. науч.-техн. семинара. М.: Изд-во НИУ «МЭИ», 2009.
---
Для цитирования: Зуев С.М. К анализу различных типов люминесценции для оптимизации характеристик люминофорных осветительных устройств // Вестник МЭИ. 2023. № 5. С. 146—155. DOI: 10.24160/1993-6982-2023-5-146-155
---
Работа выполнена при поддержке: Российского научного фонда (грант № 23-29-00079), https://rscf.ru/project/23-29-00079/
#
1. Gurvich A.M. Vvedenie v Fizicheskuyu Khimiyu Kristallofosforov. M.: Vysshaya Shkola, 1971. (in Russian).
2. Žukauskas A., Vaicekauskas R., Shur M. Solid-state Lamps with Optimized Color Saturation Ability. Optics Express. 2010;18;3:2287—2295.
3. Chang C.-Y. e. a. Broadening Phosphor-converted Light-emitting Diode Emission: Controlling Disorder. Chemistry of Materials. 2022;34(22):10190—10199.
4. Badgutdinov M.L. i dr. Spektry Lyuminestsentsii, Effektivnost' i Tsvetovye Kharakteristiki Svetodiodov Belogo Svecheniya na Osnove p-n-Geterostruktur InGaN/GaN, Pokrytykh Lyuminoforami. Fizika i Tekhnika Poluprovodnikov. 2006;40;6:758—763. (in Russian).
5. Preuster P., Wasserscheid P., Papp C. Liquid Organic Hydrogen Carriers (LOHCS): Toward a Hydrogen-free Hydrogen Economy. Accounts of Chem. Research. 2017;50(1):74—85.
6. Burhan M., Shahzad M.W., Ng K.C. Hydrogen at the Rooftop: Compact CPV-hydrogen System to Convert Sunlight to Hydrogen. Appl. Thermal Eng. 2018;132:154—164.
7. George N.C., Denault K.A., Seshadri R. Phosphors for Solid-state White Lighting. Annual Rev. Mater. Res. 2013;43:481—501.
8. Kolmann S.J., Chan B., Jordan M.J.T. Modelling the Interaction of Molecular Hydrogen with Lithium-doped Hydrogen Storage Materials. Chem. Phys. Lett. 2008;467;1—3:126—130.
9. Shirasaki, Y., Supran, G.J., Bawendi, M.G., Bulović, V. Emergence of Colloidal Quantum-dot Light-emitting Technologies. Nature Photonics. 2013;7(1):13—23.
10. Jiang H.-L., Singh S.K., Yan J.-M., Zhang X.-B., Xu Q. Liquid-phase Chemical Hydrogen Storage: Catalytic Hydrogen Generation under Ambient Conditions. Chemistry and Sustainability, Energy and Materials. 2010;3;5:541—549.
11. Pat № 197045 RF. Svetoperedayushchiy Modul' Sistemy Besprovodnoy Svyazi po Tekhnologii VLC. Skvortsov A.A., Zuev S.M. Byul. Izobret. 2020;9. (in Russian).
12. Li Y., Yang R.T. Hydrogen Storage in Metal-organic Frameworks by Bridged Hydrogen Spillover. J. American Chem. Soc. 2006;128(25):8136—8137.
13. Kamegawa A., Okada M. Hydrogen Storage Technology in High Pressure Science Storaging Tank Engineering Engineering and Hydrogen Storage Media. Koatsuryoku No Kagaku To Gijutsu. 2007;17;2:173—179.
14. Zuev S.M., Varlamov D.O., Kuksa V.V. K Analizu Kharakteristik Lazernogo Osvetitel'nogo Ustroystva. Pribory i Tekhnika Eksperimenta. 2021;6:57—62. (in Russian).
15. Tarasov B.P., Lototskii M.V., Yartys' V.A. Problem of Hydrogen Storage and Prospective Uses of Hydrides for Hydrogen Accumulation. Russian J. General Chem. 2007;77(4):694—711.
16. Grigoriev S.A., Porembsky V.I., Fateev V.N. Pure Hydrogen Production by PEM Electrolysis for Hydrogen Energy. Intern. J. Hydrogen Energy. 2006;31(2):171—175.
17. Gong L. e. a. Spontaneous Ignition of High-pressure Hydrogen During its Sudden Release into Hydrogen/air mixtures. Intern. J. Hydrogen Energy. 2018;43(52):23558—23567.
18. Aminov R.Z., Egorov A.N. Hydrogen-oxygen Steam Generation for a Closed Hydrogen Combustion Cycle. Intern. J. Hydrogen Energy. 2019;44(21):11161—11167.
19. Startsev A.N. Hydrogen Sulfide as a Source of Hydrogen Production. Russian Chem. Bull. 2017;66(8):1378—1397.
20. Chen L., Lin C.C., Yeh C.W., Liu R.S. Light Converting Inorganic Phosphors for White Light-emitting Diodes. Materials. 2010;3:2172—2195.
21. Wang F., Wang W., Zhang L., Zheng J., Jin Y., Zhang J. Luminescence Properties and Its Red Shift of Blue-emitting Phosphor Na3YSi3O9:Ce3 + for UV LED. RSC Adv. 2017;7:27422—27430.
22. Vavilov S.I. Sobranie Sochineniy. T. 2. M.: Izd-vo AN SSSR, 1952. (in Russian).
23. Losev O.V. Fotoelektricheskiy Effekt v Lyubom Aktivnom Sloe Karborunda. Zhurnal Tekhnicheskoy Fiziki. 1931;1;7:718—724. (in Russian).
24. Nakamura S. InGaN/AlGaN Blue‐light‐emitting Diodes. J. Vacuum Sci. & Technol. 1995. A13:705—710.
25. Chukova Yu.P. Antistoksova Lyuminestsentsiya i Novye Vozmozhnosti Ee Primeneniya. M.: Sovetskoe Radio, 1980. (in Russian).
26. Bliznyuk V.V., Ivakin Yu.D., Koval' O.I., Mansurova N.G., Arsen'ev I.P. Spektry Stoksovskoy i Antistoksovskoy Lyuminestsentsii Gidroksiapatita Kal'tsiya. Shumovye i Degradatsionnye Protsessy v Poluprovodnikovykh Priborakh: Materialy Dokl. Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Seminara. M.: Izd-vo NIU «MEI», 2009. (in Russian)
---
For citation: Zuev S.M. On Analyzing Various Types of Luminescence for Optimizing the Characteristics of Phosphor-enhanced Lighting Devices. Bulletin of MPEI. 2023;5:146—155. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2023-5-146-155
---
The work is executed at support: Russian Science Foundation (Grant No. 23-29-00079), https://rscf.ru/project/23-29-00079/
Опубликован
2023-06-06
Раздел
Светотехника (технические науки) (2.4.11)