Proses Baru Meningkatkan Kaca YAG Ce untuk Pencahayaan Berkekuatan Tinggi

Ketika chip LED berdaya tinggi beroperasi pada kinerja puncak, chip tersebut menghasilkan panas yang signifikan, sering kali menyebabkan bahan enkapsulasi fosfor tradisional menjadi kuning dan kehilangan efisiensi karena stabilitas termal yang tidak memadai. Mencapai keseimbangan antara efisiensi cahaya yang tinggi dan masa pakai yang lama dalam aplikasi pencahayaan berdaya tinggi—seperti pencahayaan laser dan lampu depan otomotif—menghadirkan tantangan ilmu material dan dilema teknologi pengemasan.

Bahan enkapsulasi fosfor tradisional menghadapi penurunan kinerja yang parah dalam skenario pencahayaan berdaya tinggi. Meskipun sintering suhu tinggi konvensional dapat menghasilkan bahan fosfor dalam kaca (PiG), panas yang ekstrem sering kali merusak struktur kristal fosfor. Selain itu, reaksi antarmuka antara matriks dan fosfor menciptakan lapisan berbahaya, sehingga secara drastis mengurangi efisiensi cahaya.

Sebaliknya, proses pengadukan suhu rendah yang muncul mengoptimalkan formulasi matriks kaca untuk menurunkan suhu pemrosesan sekaligus menjaga integritas kristal fosfor. Inovasi ini menandai langkah maju yang signifikan dalam mengatasi masalah stabilitas termal.

Penelitian ini menggunakan sistem SiO2-P2O5-Al2O3-Na2O-K2O-BaO sebagai matriks kaca, dengan kontrol presisi terhadap rasio komponen (40:6:25:15:10:4) untuk menciptakan jaringan kaca yang optimal:

• Peningkatan Kinerja:Na+ dan K+ secara efektif mengurangi titik leleh kaca, sementara Ba2+ secara signifikan meningkatkan kekuatan mekanik. P5+ dan Al3+ membentuk struktur jaringan kaca yang lebih padat dan stabil.
• Inovasi Proses:Para peneliti menggantikan co-sintering tradisional bersuhu tinggi dengan teknologi pengadukan bersuhu rendah untuk menyebarkan fosfor YAG:Ce secara merata dalam matriks kaca. Pemrosesan pada suhu 750°C meminimalkan kerusakan pada kisi kristal fosfor.

Perbandingan komprehensif antara sampel PiG (metode pengadukan) dan S-PiG (sintering tradisional) mengungkapkan:

• Efisiensi Kuantum (IQE):Sampel PiG mencapai efisiensi kuantum internal sebesar 88,03%—mendekati fosfor asli sebesar 93,72%—dan secara signifikan mengungguli S-PiG tradisional (84,97%).
• Stabilitas Termal:Pada 423K, PiG mempertahankan 92,6% intensitas pendaran awal dibandingkan 90,3% S-PiG.
• Konversi Fotolistrik:Di bawah eksitasi laser biru 4,26 W/mm², PiG menunjukkan efisiensi cahaya 222,41 lm/W. Bahkan pada arus tinggi (1000 mA), ia mempertahankan efisiensi awal 73,2%, menunjukkan ketahanan termal yang luar biasa.
• Struktur mikro:Pencitraan HRTEM mengkonfirmasi antarmuka kaca fosfor yang jelas dalam sampel PiG, dengan kisi kristal utuh (jarak 0,31 nm), membuktikan keunggulan metode pengadukan dalam mencegah korosi antarmuka.

Penelitian ini berhasil menyelesaikan konflik lama antara stabilitas termal dan efisiensi cahaya dalam kemasan LED berdaya tinggi melalui komposisi matriks kaca yang dioptimalkan dan pemrosesan suhu rendah. Metode pengadukan yang inovatif tidak hanya mengurangi biaya produksi namun juga meningkatkan keandalan material dalam kondisi ekstrem, membuka jalan bagi adopsi komersial pada perangkat penerangan putih berdaya tinggi generasi berikutnya.