COLOR AND SPECTRAL CHARACTERISTICS OF WHITE LIGHT EMITTING DIODES AND THEIR VARIATION DURING AGING

The relation between numerical values of photometric characteristics (total luminous flux TLF, correlated color temperature CCT, color rendering index CRI) of white light emitting diodes (LED) and the variation of the spectral shape of their radiation during aging has been investigated. All the measurements were made on internationally adopted test methods, taking into account environmental conditions, electrical parameters and evaluated measurement uncertainty. Every piece of test and measurement equipment has actual verification or calibration with traceability to national and international references. It was demonstrated that in the luminescence spectra consisting of the “blue” band around 450 nm originating from the semiconductor heterostructure, and the broad “yellow” band from luminophor, the last band is nonelementary and consists of at least two bands: the “green” one around 530 nm and the “orange” one around 580 nm. The most unstable “green” band has the highest impact on photometric characteristics. As a consequence, further investigation should be performed on how instability of elementary bands and its quantity will link not only with photometric characteristics, but with production conditions and material properties of LED heterostructure and luminophor itself. In particular, for improvement of the color stability of white LED, the parameters of luminophor forming the “green” band should be stabilized. А unified method for accelerated testing of LED products and method for long-time lifetime prediction shall be developed, taking into account not only depreciation of TLF, but also shift of other photometric and spectral characteristics of white LED.The relation between numerical values of photometric characteristics (total luminous flux TLF, correlated color temperature CCT, color rendering index CRI) of white light emitting diodes (LED) and the variation of the spectral shape of their radiation during aging has been investigated. All the measurements were made on internationally adopted test methods, taking into account environmental conditions, electrical parameters and evaluated measurement uncertainty. Every piece of test and measurement equipment has actual verification or calibration with traceability to national and international references. It was demonstrated that in the luminescence spectra consisting of the “blue” band around 450 nm originating from the semiconductor heterostructure, and the broad “yellow” band from luminophor, the last band is nonelementary and consists of at least two bands: the “green” one around 530 nm and the “orange” one around 580 nm. The most unstable “green” band has the highest impact on photometric characteristics. As a consequence, further investigation should be performed on how instability of elementary bands and its quantity will link not only with photometric characteristics, but with production conditions and material properties of LED heterostructure and luminophor itself. In particular, for improvement of the color stability of white LED, the parameters of luminophor forming the “green” band should be stabilized. А unified method for accelerated testing of LED products and method for long-time lifetime prediction shall be developed, taking into account not only depreciation of TLF, but also shift of other photometric and spectral characteristics of white LED

Simulation of electromagnetic field distribution in the measuring cell for determining the dielectric permittivity of materials at microwave frequencies

To determine the dielectric permittivity of materials in a wide frequency range with the automation of measurements and the necessary accuracy, measuring cells have been created to ensure the simplicity of the design of the waveguide path. In order to obtain information about the suitability of measuring cells based on irregular SHF waveguides for estimation of dielectric parameters of materials, we simulated the structure of electromagnetic field in the system consisting of two irregular waveguides and waveguide chamber placed between them using a three-dimensional electrodynamic simulation in Ansoft HFSS package environment. The distribution of the electric field was simulated when an empty polyethylene tube, a rod of fluoroplastic and a rod of textolite are placed in the measuring cell. It was demonstrated that high order modes fade out in irregular waveguide and do not affect the precision of obtained results, and significant edge effects were not detected. It allows one to utilize measuring cells based on irregular waveguides together with a scalar or vector network analyzer and using the partial filling of the waveguide method or the modified Nicholson – Ross – Weir method for measurements of dielectric permittivity of materials. The results of modeling the dependence of the amplitude and phase of the reflection coefficient of the textolite and fluoroplastic on the frequency in Ansoft HFSS environment are given. The simulation results are compared with the results obtained experimentally. The frequency dependencies of were obtained experimentally for test materials – textolite and fluoroplastic – in the frequency range of 25,95–37,50 GHz. The experimental data are in satisfactory agreement with the results of theoretical calculations and do not go beyond the boundaries specified by the measurement uncertainty.To determine the dielectric permittivity of materials in a wide frequency range with the automation of measurements and the necessary accuracy, measuring cells have been created to ensure the simplicity of the design of the waveguide path. In order to obtain information about the suitability of measuring cells based on irregular SHF waveguides for estimation of dielectric parameters of materials, we simulated the structure of electromagnetic field in the system consisting of two irregular waveguides and waveguide chamber placed between them using a three-dimensional electrodynamic simulation in Ansoft HFSS package environment. The distribution of the electric field was simulated when an empty polyethylene tube, a rod of fluoroplastic and a rod of textolite are placed in the measuring cell. It was demonstrated that high order modes fade out in irregular waveguide and do not affect the precision of obtained results, and significant edge effects were not detected. It allows one to utilize measuring cells based on irregular waveguides together with a scalar or vector network analyzer and using the partial filling of the waveguide method or the modified Nicholson – Ross – Weir method for measurements of dielectric permittivity of materials. The results of modeling the dependence of the amplitude and phase of the reflection coefficient of the textolite and fluoroplastic on the frequency in Ansoft HFSS environment are given. The simulation results are compared with the results obtained experimentally. The frequency dependencies of were obtained experimentally for test materials – textolite and fluoroplastic – in the frequency range of 25,95–37,50 GHz. The experimental data are in satisfactory agreement with the results of theoretical calculations and do not go beyond the boundaries specified by the measurement uncertainty

ON COLLECTIVE VARIABLES METHOD IN THE MICROSCOPIC THEORY OF ALLOYS

Ab initio approach is developed for thermodynamical investigations of disordered binary alloys. It is based on utilizing the collective variables method. The explicit expression for the free energy and the equation determining the alloy components' chemical potentials are obtained within the rigid lattice approximation and for the case when atomic static displacements (ASD) are taken into consideration. An ASD drastic effect on the behaviour of the binary correlation function Fourier components in the first Brillouin zone is observed. The ASD is shown to favour the ordering tendency in alloys of Ca-Ba and K-Cs systems. An approach in which configurational and vibrational degrees of freedom are considered at the microscopic level in the grand partition sum calculation is advanced. The role of the atomic thermal vibrations in alloy forming is discussed. The condition when configurational and vibrational effects can be treated separately is formulated.Розвинуто підхід із перших принципів для дослідження термодинамічних властивостей невпорядкованих бінарних сплавів. Він грунтується на використанні методу колективних змінних. Отримано явний вираз для вільної енергії та рівняння, яке визначає хімічні потенціали компонентів сплаву для двох випадків: наближення жорсткої гратки та під час включення у розгляд статичних зміщень атомів (СЗА). Спостерігається сильний вплив СЗА на поведінку Фур’є-компонент бінарної кореляційної функції у першій зоні Бриллюена. Показано, що СЗА сприяють тенденції до впорядкування у сплавах Ca-Ba та K-Cs. Запропоновано підхід, у якому конфігураційні та коливні ступені вільності розглядаються на мікроскопічному рівні при розрахунку великої статистичної суми. Обговорюється роль теплових коливань атомів в утворенні сплавів. Сформульовано умову, коли конфігураційні та коливні ефекти можуть розглядатися незалежно

On collective variables method in the microscopic theory of alloys

Ab initio approach is developed for thermodynamical investigations of disordered binary alloys. It is based on utilizing the collective variables method. The explicit expression for the free energy and the equation determining the alloy components' chemical potentials are obtained within the rigid lattice approximation and for the case when atomic static displacements (ASD) are taken into consideration. An ASD drastic effect on the behaviour of the binary correlation function Fourier components in the first Brillouin zone is observed. The ASD is shown to favour the ordering tendency in alloys of Ca-Ba and K-Cs systems. An approach in which configurational and vibrational degrees of freedom are considered at the microscopic level in the grand partition sum calculation is advanced. The role of the atomic thermal vibrations in alloy forming is discussed. The condition when configurational and vibrational effects can be treated separately is formulated.Розвинуто підхід із перших принципів для дослідження термодинамічних властивостей невпорядкованих бінарних сплавів. Він грунтується на використанні методу колективних змінних. Отримано явний вираз для вільної енергії та рівняння, яке визначає хімічні потенціали компонентів сплаву для двох випадків: наближення жорсткої гратки та під час включення у розгляд статичних зміщень атомів (СЗА). Спостерігається сильний вплив СЗА на поведінку Фур’є-компонент бінарної кореляційної функції у першій зоні Бриллюена. Показано, що СЗА сприяють тенденції до впорядкування у сплавах Ca-Ba та K-Cs. Запропоновано підхід, у якому конфігураційні та коливні ступені вільності розглядаються на мікроскопічному рівні при розрахунку великої статистичної суми. Обговорюється роль теплових коливань атомів в утворенні сплавів. Сформульовано умову, коли конфігураційні та коливні ефекти можуть розглядатися незалежно

How does one extract many-body interatomic potentials from ab-initio band structure calculations

An original approach to the ab-initio deriving many-body interatomic potentials in metals is discussed. It is based on calculating the Kohn-Sham total energy functional using the pseudopotential method. The local density approximation (LDA) is shown to be applied, within the pseudopotential concept, to the analysis of the valence electron kinetic energy. Utilizing the LDA and linear superposition assumption for total electron density enables us to treat the exchange-correlation and kinetic energies of valence electrons in terms of contributions to indirect many-body interactions. Equations for the pair and for the triplet potentials in metals are given. Relationship between the method developed and other approaches is analyzed.Викладено підхід, в основі якого лежить використання методу псевдопотенціалів та формалізму Кона-Шема. Показано, як у наближенні локальної густини можна записати обмінно-кореляційну та кінетичну енергії валентних електронів у вигляді внесків у непрямі (опосередковані) багаточастинкові взаємодії. Аналізується зв’язок розвиненого підходу з відомим способом отримання міжатомних потенціалів у рамках теорії збурень за псевдопотенціалом. Подано явні вирази для парних і тричастинкових потенціалів

Ab initio derivation of interatomic interactions in transition metals

An approach to the ab-initio calculation of many-body interatomic potentials in transition metals (TM) is developed. It is based on utilizing the local spin density approximation and linear superposition assumption for the density of the valence electrons. The analytic expressions for the spin dependent pair and triplet interatomic interactions are given. The many-body potentials for three particles and four particles are shown to be indirect and to describe interactions of the same spin orientation.Розвинуто оригінальний підхід обчислення багаточастинкових міжатомних потенціалів у перехідних металах. Він грунтується на використанні наближення локальної густини спінів та припущенні про те, що густину валентних електронів можна представити у вигляді лінійної суперпозиції. Подані явні вирази для парних та потрійних взаємодій, що залежать від орієнтації спіна. Показано, що багаточастинкові потенціали (три-, чотиричастинкові) описують опосередковані міжатомні взаємодії однакової орієнтації спінів

Atomic static displacements and their effect on the short range order in alloys

The influence of local atomic static displacements (ASD) on the short range order formation in binary alloys is investigated within the microscopic theory. Explicit expression for the binary correlation function Fourier components ‹ρkρ−k› is obtained by the collective variables method. The theoretical results are illustrated by numerical calculations performed for disordered alloys of the K-Cs and Ca-Ba systems. A drastic effect of the ASD on the ‹ρkρ−k›-function behaviour in the first Brillouin zone is observed. The ASD smooth the dispersion of the ‹ρkρ−k›-function. Negative values of the short-range order parameter on the first coordination sphere indicate a trend to the ordering in alloys of the systems investigated. The ASD are shown to favour the ordering tendency. The theoretical conclusions concerning the temperature influence on the short range order parameter perfectly agree with the experimental data from the treatment of the X-ray diffuse scattering in binary alloys.В рамках мікроскопічної теорії досліджується вплив локальних статичних зміщень атомів (СЗА) на формування близького порядку в бінарних сплавах. Методом колективних змінних отримано явний вираз для Фур’є-компонент бінарної кореляційної функції ‹ρkρ−k›. Результати теорії ілюструються числовими розрахунками, виконаними для невпорядкованих сплавів систем K-Cs та Ca-Ba. Спостерігається сильний ефект СЗА на поведінку ‹ρkρ−k›–функції у першій зоні Бриллюена. СЗА згладжують дисперсію ‹ρkρ−k›-функції. Від’ємні значення параметра близького порядку на першій координаційній сфері вказують на тенденцію до впорядкування у сплавах досліджуваних систем. Показано, що СЗА сприяють цій тенденції. Висновки теорії стосовно впливу температури на параметр близького порядку дуже добре узгоджуються із експериментальними даними, отриманими із обробки дифузного розсіяння рентгенівських променів у бінарних сплавах