工程师发现廉价的材料来制造高色质量LED

根据UV光，SLAO磷光体根据混合的化学活化剂发出绿色黄色或蓝光。David Baillot / UC San Diego Jacobs工程学院

由加利福尼亚大学的工程师领导的团队San Diego使用了数据挖掘和计算工具来发现用于白色LED的新型磷光体材料，廉价且易于制造。研究人员使用新的磷光体建造了原型白色LED灯泡。原型表现出比目前市场上的许多商业LED更好的颜色质量。

研究人员于2月19日在Joule杂志上发表了新的荧光粉。

磷光体是发光的物质，是制造白光LED的关键成分之一。它们是从蓝色或接近UV光吸收能量的晶体粉末，并在可见光谱中发光。不同颜色的光的组合产生白光。

然而，许多商业白光LED中使用的磷光体具有若干缺点。许多是由稀有的稀土元素制成，这是昂贵的，有些是难以制造的。它们还生产具有较差质量的LED。

UV光线闪耀，使磷光体呈绿色黄色或蓝色，取决于混合的化学活化剂。

UC圣地亚哥和Chonnam国立大学的研究人员在韩国发现并开发出一种避免这些问题的新磷光体。它主要是土壤丰富的元素;它可以使用工业方法制作;它产生了更加生动和准确的颜色的LED。

通过在UC的LABENERINGERING教授（UC）的纳米工程教授在SHYUE PING ONG实验室中开发的系统，高通量的计算方法发现了新的磷光体制成的元素锶，锂，铝和氧气（称为“SLAO”） - 发现圣地亚哥Jacobs工程学院和领导首席研究员。Ong的团队使用超级计算机来预测Slao，这是由元素锶，锂，铝和氧气制成的第一种已知材料。计算还预测了这种材料将是稳定的并且作为LED磷光体表现良好。例如，预计将吸收近UV和蓝色区域中的光并具有高光致发光，这是通过更高能量光源激发时发光的材料的能力。

Jaacobs工程学院的材料科学教授的Joanna Mckittrick实验室的研究人员，然后PD摘掉了制作新磷光体所需的配方。他们还证实了磷光体在实验室中的预测光吸收和排放性能。

由材料科学教授领导的团队在韩国的Chonnam国立大学赢得了Bin IM，优化了工业制造的磷谱，并用新的磷光体建造了白色LED原型。它们使用颜色渲染索引（CRI）进行评估LED，该比例从0到100的速度评估，颜色在光源下出现精确的颜色。许多商业LED在80左右的CRI值。用新磷光体制成的LED产生了大于90的CRI值。

Untouched射击由（左）亮起的LED含有常规磷光体和（右）的原型LED，该原型LED包含新的SLAO磷光体。Yoon Hwa Kim和Wong Bin IM / Chonnam在韩国国立大学

对新材料的计算追求

由于ONG团队开发的计算方法，发现磷光体的发现只花了三个月 - 与多年的试验和错误实验相比，这是一个短时间框架，它通常需要发现新材料。

“计算很快，可扩展且便宜。使用计算机，我们可以迅速筛选成千上万的材料并预测尚未发现的新材料的候选人，“Ong说。

领导材料虚拟实验室的ONG是在UC San Diego的可持续电力和能源中心的教师，使用高通量计算和机器学习的组合，以发现能源应用的下一代材料，包括电池，燃料细胞和LED。在圣地亚哥超级计算机中心，使用国家科学基金会的极端科学和工程探测环境进行了计算。

在这项研究中，ONG的团队首先编制了已知的磷光体材料中最常发生的元素的列表。对于研究人员的惊喜，他们发现没有含有锶，锂，铝和氧的组合的已知材料，这些材料是四种常见的磷光体元素。使用数据挖掘算法，它们创建了包含这些元素的新的磷光体候选，并进行了一系列的一系列第一原理计算，以预测这将以磷光体良好。在918个候选人中，Slao被出现为领先材料。预计它是稳定的并且表现出优异的光致发光性质。

“我们能够预测新的磷光体化合物，而是一个稳定的并且实际上可以在实验中合成，这是非常值得注意的，这是稳定的，”南工程博士学博士学位说研究组的候选人和该研究的联合第一作者。

磷光体的主要限制是其少于理想量子效率 - 有效地将输入光转换为不同颜色的光线约为32％。然而，研究人员注意到它在典型的LED工作温度下保留了88％的排放。在商业LED中，通常有色彩质量的权衡，ONG指出。“但我们希望两个世界上最好的。我们取得了良好的色彩质量。现在我们正在努力优化材料以提高量子效率，“ong说。

出版物：Zhenbin Wang等，“矿业未开发的磷光体为高色质量的白光发光二极管，”2018年爵士; DOI：10.1016 / J.Joule.2018.01.015