Перспективные люминофоры для белых светодиодов

Анатолий В. Феопентов, Cентябрь 2006

Введение

В этой статье рассматриваются люминофоры, применяемые для преобразования синего излучения в белых светодиодах. Как правило, это желто-зеленые, желтые, оранжевые или красные люминофоры.

Цель работы состоит в том, чтобы определить наиболее важные направления для разработки люминофоров для белых светодиодов.

Анализ

Сейчас большинство производителей белых светодиодов используют в качестве желтого люминофора иттрий-алюминиевый гранат, легированный церием (ИАГ). Для создания теплых белых светодиодов применяют смеси ИАГ и оранжевого или красного люминофора.

Конечно, люминофор ИАГ обладает известными недостатками:

• Узкая полоса возбуждения
• Ограничение на индекс цветопередачи излучения светодиода
• Ограничение на цветовую температуру излучения светодиода

Тем не менее, эффективность производящихся в настоящее время люминофоров типа ИАГ довольно высока. Индекс цветопередачи не так мал – возможно получение его на уровне 80. По сути, самый существенный недостаток состоит в невозможности создания теплого белого светодиода только с использованием ИАГ.

Поэтому перспективны разработки однофазных люминофоров (не смесей) с эффективностью, равной эффективности ИАГ, но позволяющих создавать с их помощью теплые белые светодиоды. Это должны быть желтые или оранжевые люминофоры с высокой стабильностью.

Возможности

Основные идеи актуальных разработок в этом направлении:

• Использование в качестве активатора двухвалентного европия¹ с широкой полосой возбуждения
• Построение матрицы люминофора на группировках SiN⁺ и AlO⁺
• Группировки SiN⁺ обеспечивают хорошие химические свойства, такие как высокая стабильность
• Содержание и расположение группировок AlO⁺ обеспечивает необходимые оптические свойства, такие как цвет излучения, высокая квантовая эффективность
• Координационная сфера активатора составлена атомами кислорода и азота (см. рис.)

Разрабатываемые люминофоры с двухвалентным европием или трехвалентным церием, структура которых построена на группировках SiN⁺ и AlO⁺, представлены в таблице.

Перспективные люминофоры для теплых белых светодиодов

^* Длина волны максимума излучения люминофора
^** Длина волны максимума возбуждения люминесценции люминофора

Заключение

Таким образом, для применения в технологии белых светодиодов перспективны разработки люминофоров на основе следующих матриц:

1. сиалоны;
2. гранаты, структура которых содержит группировки SiN⁺;
3. нитриды и оксинитриды кремния, содержащие кальций и алюминий.

Ссылки

¹ From garnets to novel LED phosphors
J. Meyer. Philips Research Aachen
Proc. of Phosphor Global Summit 2006, March 13–15, San Diego, CA USA
http://www.intertechusa.com/conferences/conferenceDetail.aspx?displayDetail=overview&WCID=115
² Z. anorg. Allg. Chem. 1998, 624, 1154–1158.
R. Lauterbach, W. Schnick
³ Phosphors, patents and products for LEDs
M. Zachau, T. Fiedler, F. Jermann. OSRAM R&D
Proc. of Phosphor Global Summit 2006, March 13–15, San Diego, CA USA
http://www.intertechusa.com/conferences/conferenceDetail.aspx?displayDetail=overview&WCID=115
⁴ J.W.H. van Krevel, Ph.D. thesis, Technical University of Eindhoven, 2000, ISBN 90–386-2711–4
⁵ Novel phosphors for solid state lighting
A.K. Cheetham. International Center for Materials Research, University of California
Proc. of Phosphor Global Summit 2006, March 13–15, San Diego, CA USA
http://www.intertechusa.com/conferences/conferenceDetail.aspx?displayDetail=overview&WCID=115
⁶ Cheetham, Chem. Phys. Lett. 2006