فوسفور جدید باعث افزایش کارایی LED با ثبات حرارتی بالا می شود

ال ای دی های تبدیل شده به فسفر (pcLEDs) نور مرئی را با ترکیب تراشه های آبی یا نزدیک به ماوراء بنفش (nUV) مبتنی بر GaN با فسفرها تبدیل به پایین ترکیب می کنند.این فوسفورها بخشی از نور تحریک تراشه را جذب می کنند و آن را به طول موج های طولانی تر تبدیل می کننداز زمان ظهور LED های GaN در دهه 1990 ، pcLED ها در تمام زمینه های روشنایی صفحه نمایش کریستال مایع (BLU) رایج شده اند.,نورپردازی عمومی و کاربردهای نورپردازی تخصصی. از آنجا که عملکرد فسفر به طور مستقیم کیفیت رنگ و بهره وری انرژی را تعیین می کند،توسعه مواد به عنوان محرک حیاتی برای نفوذ بازار LED ظاهر شده است.

توسعه اولیه pcLED بر روی فسفرها متکی بود که در اصل برای صفحه نمایش CRT و لامپ های فلورسنت طراحی شده بود.Ce) به دلیل کارایی تبدیل بالا و سنتز برتر نور سفید، سنگ بنای صنعت شدبعداً، ارتوسیلیکات های خاک قلیایی (BOSE) با استفاده از یوروپیم به عنوان فسفرهای زرد مکمل برای کاربردهای کم مصرف معرفی شدند.

با این حال، pcLED ها با یک محدودیت اساسی روبرو هستند: فسفرها تماس فیزیکی مستقیم با تراشه های LED را حفظ می کنند و دمای عملیاتی بین 100 درجه سانتیگراد و 150 درجه سانتیگراد را تحمل می کنند.فوسفورهای سنتی در این شرایط کاهش قابل توجهی در کارایی نور را نشان می دهنددر نتیجه، توسعه فوسفورها که > 90٪ لومن را در 150 ° C حفظ می کنند، به اولویت اصلی تحقیقات صنعت تبدیل شده است.

در اوایل دهه 2000 ، محققان به سمت مواد آتش شکن با نقطه ذوب بالا ، به ویژه نیتریدها و اکسینیتردها ، حرکت کردند.Ce) دارای ساختارهای کریستالی بر اساس شبکه های [SiN4] یا [AlN4] استبرخلاف اکسید ها یا هالاید های معمولی، این مواد فعال کننده های Eu2+ یا Ce3+ را در هماهنگی مستقیم با اتم های نیتروژن قرار می دهند.پیوند کووالنت قوی تر و قطبی شدن بالاتر اتم های نیتروژن باعث ایجاد یک "اثر تغییر قرمز طیف" (اثر Nephelauxetic) می شود.، اجازه می دهد تا جذب نور آبی کارآمد و انتشار سبز به قرمز در کنار ثبات حرارتی استثنایی.

خنک سازی حرارتی عمدتاً از انتقال غیر تابش بین حالت های تحریک شده و زمین ناشی می شود.تجزیه و تحلیل کریستالوگرافی ارتباط مثبتی بین سختی مواد و ثبات حرارتی را نشان می دهددر حالی که سیلیکات ها سختی متوسط (913 GPa) را نشان می دهند، مواد مانند Si3N4 (1620 GPa) و SiC (24.5 28.2 GPa) سفتی استثنایی را نشان می دهند.این درک منجر به توسعه کلاس های پیشرفته فسفر شد.:

• سری کربیدونیتریت: ترکیب اتم های کربن در ماتریس های Sr2Si5N8 سفتی شبکه را افزایش می دهد و به طور چشمگیری حفظ لومن را در دمای بالا بهبود می بخشد.
• سری اکسی کاربیدونیترید: اصلاح شیمیایی Sr7Al12O25 از طریق جایگزینی متقابل Si-N/Al-O باعث تولید فسفرهای سبز با عملکرد بالا می شود.داده های تجربی تایید می کنند که ترکیب کربن کنترل شده سفتی شبکه را افزایش می دهد، و در نتیجه ثبات حرارتی را افزایش می دهد.

در حالی که فوسفورهای فعلی عملکرد pcLED را به استانداردهای لامپ فلورسنت ارتقا داده اند، صنعت همچنان به دنبال معیار بهره وری 200 lm / W است.

• انتشار در باند باریک: بهینه سازی پهنای باند انتشار قرمز برای به حداقل رساندن از دست دادن انرژی و هماهنگی بهتر طیف با منحنی های حساسیت فوتوپ انسانی.
• مهندسی مواد: توسعه کریستال های میزبان جدید بر اساس واحدهای ساختاری Si3N4 و SiC برای سرکوب بیشتر خنک شدن حرارتی از طریق کنترل سفتی شبکه.
• سفارشی سازی خاص برنامه: تنظیم دقیق نسبت یون های فلزی برای ایجاد فسفرها متناسب با نیازهای ویژه نور (به عنوان مثال CRI بالا، مقادیر CCT خاص).