Fosfor Baru Meningkatkan Efisiensi LED dengan Stabilitas Termal Tinggi

LED yang dikonversi fosfor (pcLED) mensintesis cahaya tampak dengan menggabungkan chip biru atau dekat ultraviolet (nUV) berbasis GaN dengan fosfor yang dikonversi ke bawah.Fosfor ini menyerap sebagian dari cahaya eksitasi chip dan mengubahnya menjadi panjang gelombang yang lebih panjangSejak munculnya lampu LED GaN bercahaya tinggi pada tahun 1990-an, pcLED menjadi umum digunakan dalam pencahayaan layar kristal cair (BLU).,karena kinerja fosfor secara langsung menentukan kualitas warna dan efisiensi energi,pengembangan bahan telah muncul sebagai pendorong penting untuk penetrasi pasar LED.

Perkembangan awal pcLED bergantung pada fosfor yang awalnya dirancang untuk layar CRT dan lampu neon.Ce) menjadi landasan industri karena efisiensi konversi yang tinggi dan sintesis cahaya putih yang unggulKemudian, europium-doped alkaline earth orthosilicates (BOSE) diperkenalkan sebagai fosfor kuning tambahan untuk aplikasi daya rendah.

Namun, pcLED menghadapi keterbatasan mendasar: fosfor mempertahankan kontak fisik langsung dengan chip LED, tahan suhu operasi antara 100 ° C dan 150 ° C.Fosfor tradisional menunjukkan degradasi efisiensi cahaya yang signifikan (penghapusan termal) dalam kondisi iniAkibatnya, pengembangan fosfor yang mempertahankan > 90% lumen pemeliharaan pada 150 ° C telah menjadi prioritas penelitian utama industri.

Pada awal tahun 2000-an, para peneliti beralih ke bahan tahan api dengan titik leleh yang tinggi, terutama nitrid dan oksinitrid.Ce) memiliki struktur kristal berdasarkan jaringan tetrahedral [SiN4] atau [AlN4]Tidak seperti oksida atau halida konvensional, bahan ini menempatkan aktivator Eu2+ atau Ce3+ dalam koordinasi langsung dengan atom nitrogen.Ikatan kovalen yang lebih kuat dan polarisasi atom nitrogen yang lebih tinggi menginduksi "efek pergeseran merah spektral" yang jelas (efek Nephelauxetic), memungkinkan penyerapan cahaya biru yang efisien dan emisi hijau ke merah di samping stabilitas termal yang luar biasa.

Pemadam termal terutama berasal dari transisi non-radiatif antara keadaan tergiur dan dasar.Analisis kristallografi mengungkapkan korelasi positif antara kekerasan material dan stabilitas termalSementara silikat menunjukkan kekerasan yang sederhana (913 GPa), bahan seperti Si3N4 (1620 GPa) dan SiC (24,5 28,2 GPa) menunjukkan kekakuan yang luar biasa.Pengertian ini menyebabkan pengembangan kelas fosfor canggih:

• Seri karbidonitrida: Menggabungkan atom karbon ke dalam matriks Sr2Si5N8 meningkatkan kekakuan kisi, secara dramatis meningkatkan pemeliharaan lumen pada suhu tinggi.
• Seri Oxycarbidonitride: Modifikasi kimia Sr7Al12O25 melalui penggantian silang Si-N/Al-O menghasilkan fosfor hijau berkinerja tinggi.Data eksperimen mengkonfirmasi bahwa penggabungan karbon terkontrol meningkatkan kekakuan kisi, sehingga meningkatkan stabilitas termal.

Sementara fosfor saat ini telah meningkatkan kinerja pcLED ke standar lampu neon, industri terus mengejar patokan efisiensi 200 lm / W. Batas penelitian utama meliputi:

• Emisi pita sempit: Mengoptimalkan bandwidth emisi merah untuk meminimalkan kehilangan energi dan lebih menyelaraskan spektrum dengan kurva sensitivitas fotopik manusia.
• Teknik Bahan: Mengembangkan kristal inang baru berdasarkan Si3N4 dan SiC unit struktural untuk lebih menekan pemadam termal melalui kontrol kekakuan kisi.
• Sesuaikan dengan Aplikasi: Penyetelan yang tepat dari rasio ion logam untuk menciptakan fosfor yang disesuaikan untuk kebutuhan pencahayaan khusus (misalnya, CRI tinggi, nilai CCT tertentu).