Nuovo fosforo aumenta l'efficienza dei LED con elevata stabilità termica

I LED convertiti in fosforo (pcLED) sintetizzano la luce visibile combinando chip blu o quasi ultravioletti (nUV) basati su GaN con fosferi convertitori verso il basso.Questi fosfori assorbono una parte della luce di eccitazione del chip e la convertono in lunghezze d'onda più lungheDall'avvento dei LED GaN ad alta luminosità negli anni '90, i pcLED sono diventati onnipresenti nella retroilluminazione dei display a cristalli liquidi (BLU).,L'efficienza del fosforo determina direttamente la qualità del colore e l'efficienza energetica.La diffusione dei materiali LED è diventata un fattore fondamentale per la penetrazione del mercato..

Il primo sviluppo del pcLED si basava su fosfori originariamente progettati per display CRT e lampade fluorescenti.Ce) è diventata la pietra angolare dell'industria grazie all'elevata efficienza di conversione e alla superiorità della sintesi della luce biancaSuccessivamente, gli ortosilicati di terre alcaline dopati con europio (BOSE) sono stati introdotti come fosferi gialli supplementari per applicazioni a bassa potenza.

Tuttavia, i pcLED hanno un limite fondamentale: i fosfori mantengono un contatto fisico diretto con i chip LED, resistendo a temperature di funzionamento tra 100 °C e 150 °C.I fosfori tradizionali presentano in queste condizioni un significativo degrado dell'efficienza luminosa (estinguimento termico)In seguito, lo sviluppo di fosfori che mantengano il mantenimento del lumen > 90% a 150°C è diventato la priorità di ricerca primaria dell'industria.

All'inizio degli anni 2000 i ricercatori si sono rivolti verso materiali refrattari con alti punti di fusione, in particolare nitruri e ossinitruri.Ce) presentano strutture cristalline basate su reti tetraedriche [SiN4] o [AlN4]A differenza degli ossidi o degli alogenuri convenzionali, questi materiali posizionano gli attivatori Eu2+ o Ce3+ in diretta coordinazione con gli atomi di azoto.Il legame covalente più forte e la maggiore polarizzabilità degli atomi di azoto inducono un pronunciato "effetto spettrale di spostamento verso il rosso" (effetto nefelauxetico), che consente un'efficiente assorbimento della luce blu e un'emissione verde-rosso, oltre a una eccezionale stabilità termica.

L'estinguimento termico deriva principalmente da transizioni non radiative tra gli stati eccitati e quelli di base.L'analisi cristallografica rivela una correlazione positiva tra durezza del materiale e stabilità termicaMentre i silicati mostrano una durezza modesta (913 GPa), materiali come il Si3N4 (1620 GPa) e il SiC (24,5-28,2 GPa) mostrano una rigidità eccezionale.Questa comprensione ha portato allo sviluppo di classi avanzate di fosforo:

• Serie di carbidonitruri: L'incorporazione di atomi di carbonio nelle matrici Sr2Si5N8 aumenta la rigidità del reticolo, migliorando notevolmente il mantenimento del lumen a temperature elevate.
• Serie di ossicarbidonitruri: La modificazione chimica di Sr7Al12O25 mediante sostituzione incrociata Si-N/Al-O produce fosfori verdi ad alte prestazioni.I dati sperimentali confermano che l'incorporazione controllata di carbonio aumenta la rigidità del reticolo, aumentando così la stabilità termica.

Mentre gli attuali fosfori hanno elevato le prestazioni del pcLED agli standard delle lampade fluorescenti, l'industria continua a perseguire il benchmark di efficienza di 200 lm/W. Le principali frontiere della ricerca includono:

• Emissioni a banda stretta: Ottimizzazione della larghezza di banda delle emissioni rosse per ridurre al minimo la perdita di energia e allineare meglio gli spettri con le curve di sensibilità fotopica umana.
• Ingegneria dei materiali: Sviluppo di nuovi cristalli ospitanti basati su unità strutturali Si3N4 e SiC per sopprimere ulteriormente l'estinguimento termico attraverso il controllo della rigidità del reticolo.
• Personalizzazione specifica per applicazione: regolazione precisa dei rapporti di ioni metallici per creare fosfori su misura per esigenze di illuminazione specializzate (ad esempio, elevato CRI, valori CCT specifici).