Новый процесс повышает эффективность стекла YAG Ce для мощного освещения

Когда мощные светодиодные чипы работают с максимальной производительностью, они выделяют значительное количество тепла, что часто приводит к пожелтению традиционных люминофорных герметизирующих материалов и потере эффективности из-за недостаточной термической стабильности. Достижение тонкого баланса между высокой светоотдачей и длительным сроком службы в мощных осветительных устройствах, таких как лазерное освещение и автомобильные фары, представляет собой одновременно проблему материаловедения и дилемму технологии упаковки.

Традиционные материалы для герметизации люминофора сталкиваются с серьезным ухудшением характеристик в сценариях освещения высокой мощности. Хотя обычное высокотемпературное спекание позволяет производить материалы люминофор-в-стекле (PiG), слишком высокая температура часто повреждает кристаллическую структуру люминофора. Кроме того, межфазные реакции между матрицей и люминофором создают вредные слои, резко снижающие светоотдачу.

Напротив, новые процессы низкотемпературного перемешивания оптимизируют составы стеклянных матриц для снижения температур обработки, сохраняя при этом целостность кристаллов люминофора. Это нововведение знаменует собой значительный шаг вперед в решении проблем термической стабильности.

В исследовании в качестве стеклянной матрицы использовалась система SiO2-P2O5-Al2O3-Na2O-K2O-BaO с точным контролем соотношения компонентов (40:6:25:15:10:4) для создания оптимизированной стеклянной сетки:

• Повышение производительности:Na+ и K+ эффективно снижают температуру плавления стекла, а Ba2+ значительно повышает механическую прочность. P5+ и Al3+ образовали более плотную и стабильную структуру стеклосетки.
• Инновации в процессах:Исследователи заменили традиционное высокотемпературное совместное спекание технологией низкотемпературного перемешивания для равномерного диспергирования люминофоров YAG:Ce в стеклянной матрице. Обработка при 750°C свела к минимуму повреждение кристаллической решетки люминофора.

Всестороннее сравнение образцов PiG (метод перемешивания) и S-PiG (традиционное спекание) показало:

• Квантовая эффективность (IQE):Образцы PiG достигли внутренней квантовой эффективности 88,03%, что близко к 93,72% исходного люминофора, и значительно превзошли традиционный S-PiG (84,97%).
• Термическая стабильность:При 423K PiG сохранял 92,6% начальной интенсивности люминесценции по сравнению с 90,3% у S-PiG.
• Фотоэлектрическое преобразование:При возбуждении синим лазером мощностью 4,26 Вт/мм² PiG продемонстрировал светоотдачу 222,41 лм/Вт. Даже при высоком токе (1000 мА) он сохранял первоначальный КПД 73,2%, демонстрируя исключительную термическую стойкость.
• Микроструктура:Визуализация HRTEM подтвердила прозрачные границы раздела фосфор-стекло в образцах PiG с неповрежденными кристаллическими решетками (интервал 0,31 нм), что доказывает превосходство метода перемешивания в предотвращении коррозии интерфейса.

Это исследование успешно разрешает давний конфликт между термической стабильностью и светоотдачей в корпусах мощных светодиодов посредством оптимизированного состава стеклянной матрицы и низкотемпературной обработки. Инновационный метод перемешивания не только снижает производственные затраты, но и повышает надежность материала в экстремальных условиях, открывая путь к коммерческому внедрению мощных устройств белого освещения нового поколения.