Nieuw proces stimuleert YAG Ce-glas voor krachtige verlichting

Wanneer krachtige LED-chips optimaal presteren, genereren ze aanzienlijke hitte, waardoor traditionele fosforinkapselingsmaterialen vaak geel worden en hun efficiëntie verliezen als gevolg van onvoldoende thermische stabiliteit. Het bereiken van het delicate evenwicht tussen hoge lichtefficiëntie en lange levensduur in verlichtingstoepassingen met hoog vermogen, zoals laserverlichting en koplampen van auto's, vormt zowel een uitdaging op het gebied van de materiaalkunde als een dilemma op het gebied van de verpakkingstechnologie.

Traditionele fosforinkapselingsmaterialen worden geconfronteerd met ernstige prestatievermindering in verlichtingsscenario's met hoog vermogen. Terwijl conventioneel sinteren bij hoge temperaturen fosfor-in-glas (PiG) materialen kan produceren, beschadigt de extreme hitte vaak de kristalstructuur van de fosfor. Bovendien creëren grensvlakreacties tussen de matrix en fosfor schadelijke lagen, waardoor de lichtefficiëntie drastisch wordt verminderd.

Daarentegen optimaliseren opkomende roerprocessen bij lage temperaturen de glasmatrixformuleringen om de verwerkingstemperaturen te verlagen terwijl de kristalintegriteit van de fosfor behouden blijft. Deze innovatie markeert een belangrijke stap voorwaarts in het aanpakken van problemen met thermische stabiliteit.

In het onderzoek werd een SiO2-P2O5-Al2O3-Na2O-K2O-BaO-systeem gebruikt als glasmatrix, met nauwkeurige controle over de componentverhoudingen (40:6:25:15:10:4) om een ​​geoptimaliseerd glasnetwerk te creëren:

• Prestatieverbetering:Na+ en K+ verlaagden effectief het glassmeltpunt, terwijl Ba2+ de mechanische sterkte aanzienlijk verbeterde. P5+ en Al3+ vormden een dichtere, stabielere glasnetwerkstructuur.
• Procesinnovatie:Onderzoekers hebben het traditionele co-sinteren bij hoge temperatuur vervangen door roertechnologie bij lage temperatuur om YAG: Ce-fosforen gelijkmatig in de glasmatrix te verspreiden. Verwerking bij 750°C minimaliseerde schade aan het fosforkristalrooster.

Een uitgebreide vergelijking tussen PiG-monsters (roermethode) en S-PiG-monsters (traditioneel sinteren) onthulde:

• Kwantumefficiëntie (IQE):PiG-monsters bereikten een interne kwantumefficiëntie van 88,03% – dichtbij de 93,72% van de oorspronkelijke fosfor – en presteerden aanzienlijk beter dan de traditionele S-PiG (84,97%).
• Thermische stabiliteit:Bij 423K behield PiG 92,6% van de initiële luminescentie-intensiteit versus 90,3% van S-PiG.
• Foto-elektrische conversie:Onder een blauwe laserexcitatie van 4,26 W/mm² vertoonde PiG een lichtefficiëntie van 222,41 lm/W. Zelfs bij een hoge stroomsterkte (1000 mA) behield hij een aanvankelijk rendement van 73,2%, wat een uitzonderlijke thermische weerstand aantoont.
• Microstructuur:HRTEM-beeldvorming bevestigde heldere fosfor-glas grensvlakken in PiG-monsters, met intacte kristalroosters (0,31 nm afstand), wat de superioriteit van de roermethode bij het voorkomen van grensvlakcorrosie aantoont.

Dit onderzoek lost met succes het al lang bestaande conflict op tussen thermische stabiliteit en lichtefficiëntie in krachtige LED-verpakkingen door middel van een geoptimaliseerde glasmatrixsamenstelling en verwerking bij lage temperaturen. De innovatieve roermethode verlaagt niet alleen de productiekosten, maar verbetert ook de materiaalbetrouwbaarheid onder extreme omstandigheden, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor commerciële toepassing in de volgende generatie krachtige witte verlichtingsapparaten.