New Process Boosts YAG Ce Glass για φωτισμό υψηλής ισχύος

Όταν τα τσιπ LED υψηλής ισχύος λειτουργούν σε μέγιστη απόδοση, παράγουν σημαντική θερμότητα.συχνά προκαλούν κίτρινο χρώμα στα παραδοσιακά υλικά ενσωμάτωσης φωσφόρου και απώλεια αποτελεσματικότητας λόγω ανεπαρκούς θερμικής σταθερότητας. Achieving the delicate balance between high luminous efficiency and long lifespan in high-power lighting applications—such as laser lighting and automotive headlights—presents both a materials science challenge and a packaging technology dilemma.

Τα παραδοσιακά υλικά ενσωμάτωσης φωσφόρου αντιμετωπίζουν σοβαρή υποβάθμιση της απόδοσης σε σενάρια φωτισμού υψηλής ισχύος.Ενώ η συμβατική συμπύκνωση υψηλής θερμοκρασίας μπορεί να παράγει υλικά φωσφόρου στο γυαλί (PiG)Επιπλέον, οι αντιδράσεις μεταξύ της μήτρας και του φωσφόρου δημιουργούν επιβλαβή στρώματα, μειώνοντας δραστικά την φωτεινή απόδοση.

Αντίθετα, οι αναδυόμενες διαδικασίες ανάμειξης χαμηλής θερμοκρασίας βελτιστοποιούν τις φόρμουλες γυάλινης μήτρας σε χαμηλότερες θερμοκρασίες επεξεργασίας, διατηρώντας παράλληλα την κρυστάλλινη ακεραιότητα του φωσφόρου.Η καινοτομία αυτή σηματοδοτεί ένα σημαντικό βήμα προς τα εμπρός στην αντιμετώπιση των προβλημάτων της θερμικής σταθερότητας.

Η μελέτη χρησιμοποίησε ένα σύστημα SiO2-P2O5-Al2O3-Na2O-K2O-BaO ως γυάλινη μήτρα, με ακριβή έλεγχο των αναλογιών των συστατικών (40:6:25:15:10:4) για τη δημιουργία ενός βελτιστοποιημένου δικτύου γυαλιού:

• Βελτίωση της απόδοσης:Το Na+ και το K+ μείωσαν αποτελεσματικά το σημείο τήξης του γυαλιού, ενώ το Ba2+ βελτίωσε σημαντικά τη μηχανική αντοχή.
• Καινοτομία διαδικασιών:Οι ερευνητές αντικατέστησαν την παραδοσιακή συγσυσσωμάτωση υψηλής θερμοκρασίας με τεχνολογία ανάμειξης χαμηλής θερμοκρασίας για την ομοιόμορφη διασπορά φωσφορικών YAG: Ce στη γυάλινη μήτρα.Επεξεργασία σε θερμοκρασία 750 °C ελαχιστοποίηση της βλάβης του πλέγματος κρυστάλλων φωσφόρου.

Μια ολοκληρωμένη σύγκριση μεταξύ των δειγμάτων PiG (μέθοδος ανάμειξης) και S-PiG (παραδοσιακή συγκόλληση) αποκάλυψε:

• Κβαντική αποδοτικότητα (IQE):Τα δείγματα PiG πέτυχαν 88,03% εσωτερική κβαντική απόδοση, κοντά στο 93,72% του αρχικού φωσφόρου και ξεπέρασαν σημαντικά τα παραδοσιακά S-PiG (84,97%).
• Θερμική σταθερότητα:Στα 423K, το PiG διατήρησε το 92,6% της αρχικής έντασης φωτισμού έναντι του 90,3% του S-PiG.
• Φωτοηλεκτρική μετατροπή:Υπό ένταση 4,26 W/mm2 μπλε λέιζερ, το PiG απέδειξε φωτεινή απόδοση 222,41 lm/W. Ακόμη και σε υψηλό ρεύμα (1000 mA) διατήρησε αρχική απόδοση 73,2%,που παρουσιάζουν εξαιρετική θερμική αντοχή.
• Μικροδομή:Η απεικόνιση HRTEM επιβεβαίωσε διαφανείς διεπαφές φωσφόρου-γυαλιού στα δείγματα PiG, με άθικτα κρυσταλλικά πλέγματα (0,31 nm διαφορά), αποδεικνύοντας την ανωτερότητα της μεθόδου ανάμειξης στην πρόληψη της διάβρωσης των διεπαφών.

This research successfully resolves the longstanding conflict between thermal stability and luminous efficiency in high-power LED packaging through optimized glass matrix composition and low-temperature processingΗ πρωτοποριακή μέθοδος ανάμειξης όχι μόνο μειώνει το κόστος παραγωγής αλλά και βελτιώνει την αξιοπιστία του υλικού σε ακραίες συνθήκες.ανοίγοντας το δρόμο για την εμπορική υιοθέτηση συσκευών λευκού φωτισμού υψηλής ισχύος επόμενης γενιάς.