Nowy fosfor zwiększa wydajność LED z wysoką stabilnością termiczną

Diody LED konwertowane fosforem (pcLED) syntetyzują światło widzialne poprzez połączenie blawych lub bliskich ultrafioletowych (nUV) chipów na bazie GaN z fosforami konwertującymi fosfor.Te fosfory pochłaniają część światła pobudzenia układu i przekształcają je w dłuższe faleOd czasu pojawienia się wysokiej jasności diod GaN w latach 90., pcLED stały się wszechobecne w oświetleniu tła wyświetlacza ciekłokrystalicznego (BLU).,Ponieważ właściwości fosforu bezpośrednio decydują o jakości kolorów i efektywności energetycznej,Rozwój materiału stał się kluczowym czynnikiem napędowym dla penetracji rynku LED.

Wczesny rozwój pcLED opierał się na fosforach pierwotnie zaprojektowanych do wyświetlaczy CRT i lamp fluorescencyjnych.Ce) stał się kamieniem węgielnym przemysłu ze względu na wysoką wydajność konwersji i doskonałą syntezę białego światłaPóźniej wprowadzono europiowo dopingowane ortosilikaty ziem alkalicznych (BOSE) jako uzupełniające żółte fosfory do zastosowań o niskiej mocy.

PCLED mają jednak podstawowe ograniczenie: fosfory utrzymują bezpośredni fizyczny kontakt z układami LED, utrzymując temperaturę pracy w zakresie od 100°C do 150°C.Tradycyjne fosfory wykazują znaczącą degradację efektywności świetlnej (gaszenie termiczne) w tych warunkachW związku z tym opracowanie fosforów, które utrzymują > 90% utrzymania światła światła przy temperaturze 150°C, stało się najważniejszym priorytetem badań w branży.

Na początku 2000 roku naukowcy skierowali się w kierunku materiałów ogniotrwałych o wysokich punktach topnienia, w szczególności azotynów i oksynitrynów.Ce) charakteryzują się strukturami krystalicznymi opartymi na sieciach tetraedrów [SiN4] lub [AlN4]W przeciwieństwie do konwencjonalnych tlenków tlenowych lub halogenów, materiały te umieszczają aktywatory Eu2+ lub Ce3+ w bezpośredniej koordynacji z atomami azotu.Silniejsze wiązania kowalentne i wyższa polaryzacja atomów azotu indukują wyraźny "spektralny efekt przesunięcia na czerwono" (efekt nefelouksetyczny), umożliwiające efektywne pochłanianie niebieskiego światła i emisję od zielonego do czerwonego oraz wyjątkową stabilność termiczną.

Zgaszanie termiczne wynika przede wszystkim z nieradiatywnych przejść między stanami pobudzonymi a podstawowymi.Analiza kryształoograficzna wykazała pozytywną korelację między twardością materiału a stabilnością termicznąPodczas gdy krzemiany wykazują skromną twardość (913 GPa), materiały takie jak Si3N4 (1620 GPa) i SiC (24,5282 GPa) wykazują wyjątkową sztywność.To zrozumienie doprowadziło do opracowania zaawansowanych klas fosforu:

• Seria karbidonitrydów: Włączenie atomów węgla do macierzy Sr2Si5N8 zwiększa sztywność siatki, radykalnie poprawiając utrzymanie światła w podwyższonych temperaturach.
• Oxycarbidonitryd serii: Chemiczna modyfikacja Sr7Al12O25 poprzez zamianę krzyżową Si-N/Al-O wytwarza wysokiej wydajności zielone fosfory.Dane eksperymentalne potwierdzają, że kontrolowane włączenie węgla zwiększa sztywność siatki, zwiększając tym samym stabilność termiczną.

Podczas gdy obecne fosfory podniosły wydajność pcLED do norm lamp fluorescencyjnych, przemysł nadal dąży do osiągnięcia benchmarku wydajności 200 lm/W. Kluczowe obszary badań obejmują:

• Emisja wąskiego pasmaOptymalizacja szerokości pasma emisji czerwonej w celu zminimalizowania strat energii i lepszego dostosowania widma do krzywych wrażliwości ludzkiej.
• Inżynieria materiałowa: Opracowanie nowych kryształów gospodarza opartych na jednostkach strukturalnych Si3N4 i SiC w celu dalszego tłumienia tłumienia termicznego poprzez kontrolę sztywności siatki.
• Dostosowanie specyficzne dla aplikacji: Precyzyjne dostosowywanie stosunków jonów metalowych w celu tworzenia dopasowanych fosforów do specjalistycznych wymagań oświetleniowych (np. wysoki CRI, specyficzne wartości CCT).