1.4 Общие сведения о параметрах люминофоров.

Люминофоры предназначены для использования в приборах или устройствах определенного типа. К таким устройствам относятся: люминесцентные лампы, экраны телеприемников, мониторы компьютеров, счетчики квантов, рентгеновские усиливающие экраны и т.д.

Эти приборы должны по своим характеристикам удовлетворять определенным требованиям или стандартам, в том числе требованиям по светотехническим параметрам. Для достижения параметров прибора необходимо применять люминофоры с требуемым набором свойств, и, следовательно, предъявлять к люминофорам специальные требования.

Такие технические требования разрабатываются изготовителями приборов и в обязательном порядке согласовываются с изготовителем люминофоров. Они фиксируются в документе, который называется «Технические условия».

Рассмотрим наиболее важные и применяемые из них.

Экраны телеприемников, люминесцентные лампы или другое устройство должны иметь хорошие яркость, цвет, четкость изображения. Эти параметры устройства определяются конструкцией прибора и, в большей степени, свойствами люминофора

Одним из основных параметров является яркость свечения. Люминофор преобразует энергию с каким-то коэффициентом полезного действия. Доля поглощенной мощности, выделяемая в виде света, называется энергетическим выходом или эффективностью. Отношение величины излучаемого светового потока к падающей на него мощности называется светоотдачей люминофора. Она измеряется в люменах/Ватт ( lm/W).

В случае фотолюминесценции мощность, поглощаемую и излучаемую люминофором можно выразить числом фотонов или квантов света. Отношение числа квантов света излучаемых в единицу времени к числу поглощенных за это время квантов называется квантовым выходом люминесценции. Энергия испускаемого кванта, как правило, всегда меньше энергии поглощаемого кванта ( правило Стокса). Следовательно, излучение всегда находится в более длинноволновой области спектра, чем поглощение. Так как в реальных кристаллах излучение и поглощение не монохроматично, то возможно перекрытие длинноволновой части спектра поглощения и коротковолновой части спектра излучения. Однако, среднее значение энергии поглощения всегда выше среднего значения энергии люминесценции.

Основным энергетическим параметром технических условий является относительная яркость или интенсивность люминесценции. Это яркость или интенсивность испытуемого образца, измеренная относительно стандартного образца. При этом потребитель и изготовитель люминофора имеют одинаковые стандартный образец, методику испытаний и аппаратуру для проведения испытаний.

Цвет люминесценции определяется спектральным составом излучения. Спектральный состав описывается зависимостью спектральной плотности излучения от длин волны, либо от энергии фотона. В технические условия вносят такие спектральные параметры как положение максимума длины волны излучения, полуширину максимума излучения или определенную интенсивность излучения при фиксированных длинах волн.

Для некоторых типов приборов необходимо достижение определенных кинетических характеристик люминесценции: время спада интенсивности излучения до определенного уровня, или время возрастания интенсивности излучения до определенного уровня. В технические условия к таким люмиофорам вводится параметр «послесвечение» - время спада интенсивности излучения до определенного уровня.

Кроме уже рассмотренных параметров есть еще ряд параметров, необходимость введения которых, обусловлена требованиями к прибору по контрастности и разрешающей способности экрана. К ним относятся требования к коэффициентам отражения люминофора при определенных длинах волн и требования к размеру частиц или гранулометрическому составу люминофоров. Способ нанесения люминофора на экран или подложку, способ изготовления устройства, условия эксплуатации люминофора в устройстве также приводят к необходимости введения дополнительных параметров в технические условия.

Пункт «гранулометрический состав» включает:

- средний размер частиц люминофора, мкм;

- массовая доля частиц размером менее D1мкм, % не более;

- массовая доля частиц размером менее D2 мкм, % не более.

Этот параметр определяется с учетом вида возбуждения, необходимой разрешающей способности и режимом работы экрана.

Параметр «седиментационный объем» - объем занимаемый единицей массы люминофора в суспензии определенного типа (см3/г).

Параметры «гидроемкость» или «маслоемкость» - количество воды или масла адсорбированных поверхностью единицы массы люминофора (мл/г).

Эти параметры характеризуют склонность частиц люминофора объединяться в объемные агломераты. Они также характеризуют склонность частиц люминофора к плотной и равномерной упаковке по поверхности подложки.

Параметр «потеря яркости» после отжига люминофора при определенной температуре (как правило 350-450 С) в вакууме, на воздухе или смеси газов, обусловлен технологией изготовления устройства.

Необходимость введения параметра «отсутствие посторонних включений и частиц светящихся иным цветом» в ТУ практически всех люминофоров очевидна.

1.5 Основные операции синтеза люминофоров.

Как мы уже знаем, люминофоры являются веществами, оптические свойства которых чрезвычайно сильно зависят от наличия примесных и собственных дефектов. Поэтому для достижения заданных светотехнических параметров необходимо тщательное соблюдение режимов технологических операций при синтезе люминофоров и использование сырья и вспомогательных материалов с малым содержанием примесей.

Помещения должны быть чистыми. Они имеют систему приточной и вытяжной вентиляции. Воздух, поступающий из приточной системы очищен от пыли.

Технологическое оборудование, например, реакторы, выпарные чаши, не должно быть источником загрязнения. Оно изготавливается из химически стойких сортов стали. Применяется футеровка эмалью или тефлоном. Термическое оборудование также не должно являться источником примесей, поэтому нагреватели и внутренняя футеровка печей, сушильных аппаратов изготавливаются из материалов устойчивых к воздействию высоких температур и компонентов газовой среды (атмосферы), в которой идет термообработка.

Одним из основных компонентов в производстве люминофоров является вода. К ней предъявляются жесткие требования по содержанию примесей. Например, массовая доля ионов железа не должна превышать величину 1*10^-6%, меди – 1*10^-6%,, никеля – 1*10^-6%, кобальта – 5*10^-6%, органических веществ - 1*10^-2%. Удельное электрическое сопротивление должно быть не менее 18 Мом. Для получения такой чистой воды применяются специальные методы очистки: ультрафильтрация, обратный осмос, электродиализ, дистилляция, очистка в ионообменных колоннах.

Применяемое сырье ( исходные материалы) также должно быть чистым. Как правило, в производстве люминофоров используют реактивы следующих квалификаций:

- особочистые (ос.ч),

- химически чистые для люминофоров (хч/дл),

- химически чистые (х/ч),

- чистые для анализа (ч.д.а.).

Реактивы более низкой квалификации должны подвергаться дополнительной очистке.

Содержание примесей и основного вещества регламентируется государственными стандартами (ГОСТ), отраслевыми стандартами (ОСТ) и техническими условиями (ТУ).

Рассмотрим последовательность технологических операций или технологических стадий, применяемых в производстве люминофоров.