Le nouveau phosphore augmente l'efficacité des LED avec une grande stabilité thermique

Les LED à conversion de phosphore (pcLED) synthétisent la lumière visible en combinant des puces bleues ou proche ultraviolet (nUV) à base de GaN avec des phosphores à conversion vers le bas.Ces phosphores absorbent une partie de la lumière d'excitation de la puce et la convertissent en longueurs d'onde plus longuesDepuis l'avènement des LED GaN de haute luminosité dans les années 1990, les pcLED sont devenues omniprésentes dans le rétroéclairage d'affichage à cristaux liquides (BLU).,Les performances du phosphore déterminent directement la qualité des couleurs et l'efficacité énergétique.Le développement de matériaux est devenu le moteur essentiel de la pénétration du marché des LED..

Les premiers développements de pcLED reposaient sur des phosphores conçus à l'origine pour les écrans CRT et les lampes fluorescentes.Ce) est devenu la pierre angulaire de l'industrie en raison de son efficacité de conversion élevée et de sa synthèse supérieure de la lumière blanchePlus tard, des orthosilicates de terre alcaline dopés d'europium (BOSE) ont été introduits comme phosphores jaunes supplémentaires pour des applications à faible puissance.

Cependant, les pcLED sont confrontés à une limitation fondamentale: les phosphores maintiennent un contact physique direct avec les puces LED, résistant à des températures de fonctionnement comprises entre 100 °C et 150 °C.Les phosphores traditionnels présentent une dégradation significative de l'efficacité lumineuse (atténuation thermique) dans ces conditions.En conséquence, le développement de phosphores qui maintiennent > 90% de lumen à 150°C est devenu la priorité de recherche par excellence de l'industrie.

Au début des années 2000, les chercheurs se sont tournés vers des matériaux réfractaires à haut point de fusion, en particulier les nitrides et les oxynitrides.Ce) présentent des structures cristallines basées sur des réseaux tétraédriques [SiN4] ou [AlN4]Contrairement aux oxydes ou halogénures classiques, ces matériaux placent les activateurs Eu2+ ou Ce3+ en coordination directe avec les atomes d'azote.Les liaisons covalentes plus fortes et la polarisation plus élevée des atomes d'azote induisent un "effet de décalage vers le rouge spectrale" prononcé (effet néphélauxétique), permettant une absorption efficace de la lumière bleue et une émission vert-rouge parallèlement à une stabilité thermique exceptionnelle.

L'extinction thermique résulte principalement de transitions non radiatives entre les états excités et les états de base.L'analyse cristallographique révèle une corrélation positive entre dureté du matériau et stabilité thermiqueAlors que les silicates présentent une dureté modeste (913 GPa), des matériaux tels que le Si3N4 (1620 GPa) et le SiC (24,5282 GPa) présentent une rigidité exceptionnelle.Cette compréhension a conduit au développement de classes avancées de phosphore:

• Série de carbidonitrure: L'incorporation d'atomes de carbone dans les matrices Sr2Si5N8 améliore la rigidité du réseau, améliorant considérablement le maintien du lumen à des températures élevées.
• Série d'oxycarbidonitrure: La modification chimique de Sr7Al12O25 par substitution croisée Si-N/Al-O produit des phosphores verts à haute performance.Les données expérimentales confirment que l'incorporation contrôlée de carbone augmente la rigidité du réseau, augmentant ainsi la stabilité thermique.

Alors que les phosphates actuels ont élevé les performances des pcLED aux normes des lampes fluorescentes, l'industrie continue de poursuivre la référence d'efficacité de 200 lm/W. Les principales frontières de recherche comprennent:

• Émission à bande étroite: Optimisation de la bande passante d'émission rouge pour minimiser les pertes d'énergie et mieux aligner les spectres avec les courbes de sensibilité photopique humaine.
• Ingénierie des matériaux: Développement de nouveaux cristaux hôtes basés sur des unités structurelles Si3N4 et SiC pour supprimer davantage l'éteinte thermique grâce au contrôle de la rigidité du réseau.
• Personnalisation spécifique à l'application: réglage précis des rapports d'ions métalliques pour créer des phosphores adaptés aux besoins d'éclairage spécialisés (par exemple, CRI élevé, valeurs CCT spécifiques).