LOGO

Fabrikasi BCNO/SiO2 NanokompositPhosphor untuk Aplikasi Lampu LED Putih

Ferry Iskandar, Mikrajuddin Abdullah, Khairurrijal, Bebeh W. Nuryadin, dan Ea Cahya Septia M.

KK Fisika Material Elektronik, Fakultas Matematika dan IPA,

Institut Teknologi Bandunghttp://fi.itb.ac.id/ferry/

Pendahuluan

Perkembangan LED-Putih jenis terbaru umumnya menggunakan LED-Biru(InGaN) yang dilapisi oleh bahan fosfor kuning.

Struktur LED putih yang terdiri dari chip LED biru yang dilapisi dengan phosphor kuning

Pendahuluan

Bahan fosfor kuningberbasiskan Boron CarbonOxynitride (BCNO) berpotensiuntuk diaplikasikan sebagaifosfor untuk LED Putih.

Keunggulan fosfor BCNO:1. Tidak menggunakan logam-

Exc=365 nm

Em=387nm Em=469nm Em=520nm Em=542nm Em=571nm

1. Tidak menggunakan logam-ion tanah jarang

2. Proses sintesis pada suhurelatif rendah (<900 oC)

400 450 500 550 600 650Wavelength [nm]

Carbon atom content increased!

BCNO = Boron - Carbon - Nitrogen - Oxygen

Kekurangan:1. Kualitas pendaran tidak homogen2. Efisiensi kuantum masih rendah. Sehingga dibutuhkan sebuah teknik fabrikasi baru, penambahan aditif,

atau menganti bahan dasar/sumber dengan bahan yang lebih reaktif.

Tujuan

Pengembangan bahan BCNO phosphor yangmempunyai performa pendaran yang lebih baik dengancara merubah sumber karbon dan menambahkan SiO2

nanopartikel agar terbentuk nanokomposit phosphor yangdapat menghasilkan emisi cahaya seragam danintensitas cahaya pendaran yang lebih tinggi pada saatintensitas cahaya pendaran yang lebih tinggi pada saatdisinari (dieksitasi) oleh sinar ultraviolet.

Cara untuk meningkatkan Performa BCNO

1. Mengganti sumber karbonDari PEG ke Citric Acid

Precursor

Urea

Citric

Boric acid

Aquades 10 ml

70 oC

Strategi dan Metode Pembuatan

Citric acid

Metode secara umum

2. Menambahkan SiO2 nanopartikel- Sebagai matriks fosfor BCNO- Tingkat pemanasan lebih merata- Transparan sehingga dapat melewatkan cahaya tampak.

3. Metode pembuatan baru: - Simple Heating, - Hydrothermal-Assisted and - Microwave-assisted

Citric Acid

Addition SiO2

Particles

Heating

BCNO or BCNO/SiO2

70 oC500 rpm

500 rpm, 10 min

Citric acid

Flow diagram for synthesis BCNO/SiO2phosphors materials.

10001000

1000170010001700

Metode Pembuatan

Low energy process (below 900 ) Adv. Mater., 20, 3235(2008)

Temperature

Without any additional dopant

Electric Furnace

Experimental Setup for BCNO/SiO2

Phosphor Synthesis

TemperatureProfile: Up to 900 oC

Autoclave Equipment

Pressure

Heater

Hasil SEM dan XRD

SEM image and XRD pattern of prepared BCNO phosphors materials with N/B = 10 and C/B=1 and calcined at a temperature of 750 oC for 30 minutes.

Hasil SEM menunjukkan morfologi partikel dengan ukuran mikron, dan analisa X-Ray Difraction (XRD) menunjukkan bahan terdiri dari kristal B2O3

dan BN struktur, sedangkan silika tidak terdeteksi karena bersifat amorf.

Pengaruh suhu pembuatan

PL emission spectra and wavelength peak of BCNO phosphor materials prepared at various reaction temperatures.

Suhu optimum untuk mendapatkan performa pendaran BCNO yang terbaik adalah sebesar 750 oC. Perubahan suhu pembuatan akan berefek pada

perubahan intensitas dan puncak panjang gelombang pendaran.

Pengaruh Konsentrasi Karbon

PL emission spectra and peak wavelength of BCNO phosphor materials prepared using various carbon source/boron source mole ratios.

Jika rasio karbon dan boron (C/B) diperbesar maka puncak spektrum gelombang cahaya yang diemisikan akan bergeser ke arah warna pendaran

merah dengan intensitas yang menurun.

Pengaruh Konsentrasi Nitrogen

PL emission spectra and wavelength peak of BCNO phosphor materials prepared using various nitrogen /boron source mole ratios.

Jika rasio nitrogen dan boron (N/B) diperbesar maka puncak spektrum gelombang cahaya yang diemisikan akan bergeser ke arah warna pendaran

biru dengan intensitas yang naik.

Pengaruh Konsentrasi Silika

PL emission spectra and wavelength peak of BCNO phosphor materials prepared using various silika mass fraction.

Penambahan silika nanopartikel berpengaruh terhadap kenaikan intensitasdan pada kehomogenan pendaran. Hal ini dikarenakan pemanasan secara

homegen terdistribusikan pada prekursor karena adanya silika.

Summary

Pengembangan BCNO phosphor pada penelitian ini mendapatkan beberapa hal kesimpulan a.l.

1. Sumber karbon dapat digantikan dengan citric acid yang memiliki harga lebih lebih murah dan mudah diperoleh.

2. Beberapa kondisi pembuatan seperti suhu, kosentrasi rasio antara prekursor mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap performa pendaran BCNOterhadap performa pendaran BCNO

3. Silika nanopartikel dapat meingkatkan performa pendaran BCNO, yaitu pendaran lebih seragam dan intensitas yang relatif lebih tinggi.

4. Pengembangan lanjutan fabrikasi bahan fosfor BCNO terus dilakukan dengan beberapa cara baru, antara lain diantaranya adalah menggunakan reaktor tekanan tinggi (autoklaf), dan metoda reaksi menggunakan microwave.

Publikasi dan Ucapan Terima Kasih

1. T. Ogi, F. Iskandar, A. B. D. Nandiyanto, W-N Wang, and K. Okuyama:Influence of Polymer Decomposition Temperature on the Formation ofRare-earth Free Boron Carbon Oxynitride Phosphors, Journal of ChemicalEngineering of Japan, inpress (2012).

2. B. W. Nuryadin, I. D. Faryuni, F. Iskandar, M. Abdullah, and Khairurrijal, T.Ogi, K. Okuyama, “Preliminary Study on Preparation of BCNO PhosphorParticles Using Citric Acid as Carbon Source” in Asian PhysicsSymposium, inpress (2012).

Ucapan Terima KasihTerimakasih kepada ITB atas dana penelitian yang diberikan oleh ProgramRiset dan Inovasi KK ITB dengan Nomor Kontrak 403/I1.C01/PL/2012