Новый люминофор повышает эффективность светодиодов благодаря высокой термостабильности

Фосфор-конвертируемые светодиоды (pcLED) синтезируют видимый свет путем сочетания синих или близкоультрафиолетовых (nUV) чипов на основе GaN с фосфорами, конвертирующими вниз.Эти фосфоры поглощают часть возбуждающего света чипа и преобразуют его в более длинные волныПосле появления высокоярких светодиодов GaN в 1990-х годах, pcLED стали повсеместными в фонарике жидкокристаллического дисплея (BLU).,Поскольку производительность фосфора напрямую определяет качество цвета и энергоэффективность,Развитие материалов стало ключевым фактором для проникновения на рынок светодиодов..

Ранняя разработка pcLED опиралась на фосфоры, первоначально предназначенные для дисплеев CRT и люминесцентных ламп.Ce) стал краеугольным камнем промышленности благодаря своей высокой эффективности преобразования и превосходным синтезам белого светаПозже были введены европий-допированные щелочные ортосиликаты земли (BOSE) в качестве дополнительных желтых фосфоров для низкомощных приложений.

Тем не менее, pcLED сталкиваются с фундаментальным ограничением: фосфоры поддерживают прямой физический контакт с светодиодными микросхемами, выдерживая рабочую температуру между 100 °C и 150 °C.Традиционные фосфоры демонстрируют значительное снижение световой эффективности (тепловое тушение) в этих условиях.Следовательно, разработка фосфоров, которые поддерживают > 90% поддержания свечения при 150 °C, стала главным приоритетом исследований в отрасли.

В начале 2000-х годов исследователи перешли к огнеупорным материалам с высокими точками плавления, особенно нитридам и оксинитридам.Ce) имеют кристаллические структуры на основе [SiN4] или [AlN4] тетраэдрических сетейВ отличие от обычных оксидов или галоидов, эти материалы располагают активировщики Eu2+ или Ce3+ в прямой координации с атомами азота.Более сильная ковалентная связь и более высокая поляризация атомов азота вызывают выраженный "спектральный эффект красного смещения" (нефелауксетический эффект), обеспечивающий эффективное поглощение синего света и зелено-красное излучение наряду с исключительной тепловой стабильностью.

Тепловое тушение в основном происходит из нерадиативных переходов между возбужденным и основным состояниями.Кристаллографический анализ показывает положительную корреляцию между твердостью материала и тепловой устойчивостьюВ то время как силикаты демонстрируют скромную твердость (913 ГПа), такие материалы, как Si3N4 (1620 ГПа) и SiC (24,5 28,2 ГПа) демонстрируют исключительную жесткость.Это понимание привело к разработке передовых классов фосфора:

• Серия карбидонитридов: Включение атомов углерода в матрицы Sr2Si5N8 повышает жесткость решетки, резко улучшая поддержание просвета при повышенных температурах.
• Серия оксикарбидонитридов: Химическая модификация Sr7Al12O25 путем перекрестной замены Si-N/Al-O дает высокоэффективные зеленые фосфоры.Экспериментальные данные подтверждают, что контролируемое включение углерода увеличивает жесткость решетки, тем самым повышая тепловую стабильность.

В то время как современные фосфоры подняли производительность pcLED до стандартов люминесцентных ламп, промышленность продолжает добиваться показателя эффективности 200 lm / W. Ключевые исследовательские границы включают:

• Выбросы в узкой полосе: оптимизация полосы излучения красного излучения для минимизации потерь энергии и лучшего выравнивания спектра с кривыми фотопической чувствительности человека.
• Материальная инженерия: Разработка новых кристаллов-хозяев на основе структурных блоков Si3N4 и SiC для дальнейшего подавления теплового охлаждения посредством контроля жесткости решетки.
• Специальное для приложения настройка: Точная настройка соотношений ионов металлов для создания специальных фосфоров для специальных требований освещения (например, высокий CRI, специфические значения CCT).