สารเรืองแสงใหม่ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพ LED พร้อมความเสถียรทางความร้อนสูง

โฟสฟอร์แปลง LEDs (pcLEDs) สัมผัสแสงที่เห็นได้โดยการรวมชิปสีฟ้าหรือใกล้น้ําตาลเข้ม (nUV) ที่ใช้ GaN กับฟอสฟอร์แปลงลงฟอสฟอร์เหล่านี้ดูดซึมส่วนหนึ่งของแสงตื่นเต้นของชิป และแปลงมันให้เป็นความยาวคลื่นที่ยาวกว่า, ซึ่งจะผสมผสานกับแสงสีฟ้าที่เหลือเพื่อผลิตแสงสีขาว. ตั้งแต่การมาของ GaN LED ความสว่างสูงในปี 1990,การใช้ไฟทั่วไป และการใช้ไฟพิเศษการพัฒนาวัสดุได้ปรากฏขึ้นเป็นตัวขับเคลื่อนที่สําคัญสําหรับการเจาะแพร่ในตลาด LED.

การพัฒนา pcLED ในช่วงต้นใช้ฟอสฟอร์ ที่ถูกออกแบบมาสําหรับจอ CRT และหลอดฟลูเรสเซ็นต์Ce) กลายเป็นหินมุมของอุตสาหกรรมเนื่องจากประสิทธิภาพการแปลงที่สูงและการสังเคราะห์แสงขาวที่ดีกว่าภายหลัง, europium-doped alkaline earth orthosilicates (BOSE) ได้ถูกนํามาใช้เป็นฟอสฟอร์สีเหลืองเสริมสําหรับการใช้งานพลังงานต่ํา

อย่างไรก็ตาม pcLED มีข้อจํากัดพื้นฐาน: ฟอสฟอร์รักษาการสัมผัสทางกายภาพโดยตรงกับชิป LED โดยทนอุณหภูมิการทํางานระหว่าง 100 °C และ 150 °Cโฟสฟอร์ประเพณีแสดงให้เห็นถึงการลดประสิทธิภาพแสงที่สําคัญ (การดับด้วยความร้อน) ในเงื่อนไขเหล่านี้ผลลัพธ์คือการพัฒนาฟอสฟอร์ที่รักษา> 90% การบํารุงรักษาลูเมนที่ 150 °C กลายเป็นความสําคัญหลักของการวิจัยของอุตสาหกรรม

ช่วงต้นปี 2000 นักวิจัยได้เปลี่ยนไปสู่วัสดุที่ทนไฟที่มีจุดละลายสูง โดยเฉพาะไนไตรไดและอ๊อกซินไตรได ฟอสฟอร์ไนไตรได (เช่น CaAlSiN3:Eu, Sr2Si5N8:Eu, β-sialon:Ce) มีโครงสร้างคริสตัลตามเครือข่ายเทตราเอเดรล [SiN4] หรือ [AlN4]ไม่เหมือนกับโอไซด์หรือฮาโลไดดที่ปกติ วัสดุเหล่านี้วางตัวเปิด Eu2 + หรือ Ce3 + ในการประสานงานโดยตรงกับอะตอมไนโตรเจนการเชื่อมโยงแบบคาวาเลนต์ที่แข็งแกร่งขึ้นและการขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้วขั้ว, ทําให้การดูดซึมแสงสีฟ้าที่มีประสิทธิภาพ และการปล่อยสีเขียวเป็นสีแดง พร้อมกับความมั่นคงทางความร้อนที่พิเศษ

การดับความร้อนมาจากการเปลี่ยนแปลงที่ไม่เป็นรังสีระหว่างสภาวะที่ตื่นเต้นและสภาวะพื้นฐานการวิเคราะห์ทางคริสตัลโลแกรฟิกแสดงให้เห็นถึงความสัมพันธ์เชิงบวกระหว่างความแข็งแรงของวัสดุและความมั่นคงทางความร้อนขณะที่ซิลิแคตแสดงความแข็งแรงที่ต่ําต้อย (913 GPa) วัสดุเช่น Si3N4 (1620 GPa) และ SiC (24.5 28.2 GPa) แสดงความแข็งแรงที่พิเศษความเข้าใจนี้นําไปสู่การพัฒนาของหมวดหมู่ฟอสฟอร์ที่ก้าวหน้า:

• ซีรี่ย์คาร์บิดอนิทไรด์: การนําอะตอมคาร์บอนเข้าสู่เมทริกซ์ Sr2Si5N8 เพิ่มความแข็งแกร่งของกล่อง, ปรับปรุงการบํารุงรักษาลูเมนในอุณหภูมิที่สูงขึ้น
• ซีรี่ย์ Oxycarbidonitride: การปรับปรุงทางเคมีของ Sr7Al12O25 ผ่านการสลับ Si-N/Al-O ผลิตฟอสฟอร์สีเขียวที่มีประสิทธิภาพสูงข้อมูลการทดลองยืนยันว่าการรวมคาร์บอนที่ควบคุมได้ เพิ่มความแข็งแรงของเกต, ส่งผลให้ความมั่นคงทางความร้อนเพิ่มขึ้น

ขณะที่ฟอสฟอร์ปอร์ปัจจุบันได้ยกผลงาน pcLED ขึ้นสู่มาตรฐานของหลอดฟลอเรสเซ็นต์, อุตสาหกรรมยังคงดําเนินการตามมาตรฐานประสิทธิภาพ 200 lm / W. ด้านการวิจัยหลักประกอบด้วย:

• การออกอากาศในช่วงแคบ: ปรับปรุงความกว้างแบนด์วิทของการปล่อยสีแดง เพื่อลดการสูญเสียพลังงานให้น้อยที่สุด และปรับสเปคตรให้ดีขึ้นกับเส้นโค้งความรู้สึกแสงของมนุษย์
• วิศวกรรมวัสดุ: การพัฒนาคริสตัลเจ้าภาพใหม่บนพื้นฐานของหน่วยโครงสร้าง Si3N4 และ SiC เพื่อยับยั้งการดับความร้อนเพิ่มเติมผ่านการควบคุมความแข็งของเครือ
• การปรับปรุงตามความต้องการของผู้ใช้งาน: การปรับความละเอียดของอัตราส่วนของไอออนโลหะเพื่อสร้างฟอสฟอร์ที่ปรับแต่งให้เหมาะสมกับความต้องการด้านการสว่างเฉพาะเจาะจง (เช่น CRI สูง ค่า CCT เฉพาะเจาะจง)