Niedawno zespół badawczy z Wydziału Zaawansowanych Laserowych i Optoelektronicznych Materiałów Funkcjonalnych oraz Wydziału Powietrznych Technologii i Systemów Laserowych Szanghajskiego Instytutu Optyki i Maszyn Precyzyjnych Chińskiej Akademii Nauk poczynił postępy w badaniach nad wysokowydajnymi luminoforami ceramicznymi zastosowany w oświetleniu LED/LD światłem białym, a odpowiednie wyniki podsumowano w tytule „Badanie odpornego termicznie pomarańczowo-czerwonego MgO-YMASG: Kompozytowa ceramika luminoforowa Ce dla światła białego LED/LD oświetlenie” i „Wytwarzanie Al2O3 Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 kompozytowych luminoforów ceramicznych do białego oświetlenia LED/LD o wysokim współczynniku oddawania barw” oraz „Wytwarzanie Al2O3-Ce: (Y, Tb )3(Al, Mn)5O12 kompozytowe luminofory ceramiczne do oświetlenia białego LED/LD o wysokim współczynniku oddawania barw” opublikowano w czasopiśmie Journal of Alloys and Compounds and Optical Materiały odpowiednio.
W ostatnich latach fluorescencyjne diody elektroluminescencyjne (WLED) i białe diody laserowe (WLD) oparte na YAG: luminofory Ce były szeroko stosowane w oświetleniu i wyświetlaczach ze względu na ich energooszczędne, przyjazne dla środowiska i niewielkie rozmiary i długą żywotność. Wśród nich ceramika fluorescencyjna Ce:YAG jest uważana za ważny materiał do konwersji fluorescencji w urządzeniach WLED/WLD ze względu na ich wysoką skuteczność świetlną, dobrą stabilność chemiczną i stosunkowo prosty proces przygotowania. Jednakże wraz ze wzrostem mocy roboczej niebieskich diod LED i LD ceramika luminescencyjna YAG:Ce będzie ucierpiała na skutek zjawiska wybuchu termicznego, a tym samym zmniejszy się ich wydajność luminescencji. Tymczasem brak czerwonego składnika w widmie emisyjnym YAG: Ce prowadzi do jego niskiego współczynnika oddawania barw (CRI). Dlatego dwa główne wyzwania stanowią sposób złagodzenia zjawiska wybuchu termicznego i poprawy wydajności luminescencji ceramiki fluorescencyjnej przy wzbudzeniu o dużej mocy.
Rys. 1. Zależne od temperatury trendy dyfuzyjności cieplnej (a), ciepła właściwego (b) i przewodności cieplnej (c) MgO-YMASG: Ceramika fosforowa z fazą kompozytową Ce
Rys. 2. Widma emisji białej diody LED (a), wydajności luminescencji i temperatury barwowej (b) MgO-YMASG: ceramiki fosforanowej Ce i widma emisji białej diody LD (c) próbki 30 at% MgO
W [Journal of Alloys and Compounds 990, 174436 (2024)] w tej pracy zespół badawczy z powodzeniem przygotował MgO-Y3Mg2AlSi2O12: Ce ceramikę fluorescencyjną w fazie kompozytowej metodą próżniowego spiekania w fazie stałej. Wykazano, że MgO może współistnieć z fazą YMASG, a wprowadzenie MgO jako drugiej fazy skutecznie ogranicza powstawanie zanieczyszczeń Y4MgSi3O13. Wraz ze wzrostem zawartości MgO przewodność cieplna próbek wzrosła z 5,13 W/ (m∙K) do 8,96 W/ (m∙K), co skutecznie ograniczyło akumulację termiczną materiałów fluorescencyjnych pod diodami LED dużej mocy. Wzbudzenie LD. Efektywność luminescencji próbek była porównywalna z wydajnością YMASG: ceramika luminescencyjna Ce przy zawartości MgO 30% wag. Wskazuje to, że MgO znacząco poprawia skuteczność ekstrakcji światła przez kompozytową ceramikę fosforową. Badanie sugeruje, że kompozytowa ceramika fosforowa MgO-YMASG: Ce jest obiecująca jako materiały z czerwonego fosforu do zastosowań w oświetleniu białymi diodami LED/LD dużej mocy.
W tej pracy [Optical Materials 151, 115397 (2024)] zespół badawczy przygotował ceramikę fluorescencyjną w fazie kompozytowej Al2O3-Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 metodą próżniowego spiekania w fazie stałej oraz wprowadzono Tb3+, aby zahamować wzrost temperatury barwowej ceramiki, jednocześnie domieszkując Mn2+, aby zwiększyć jej współczynnik oddawania barw. Wprowadza się Tb3+, aby zahamować wzrost temperatury barwowej, a drugą fazę Al2O3 wprowadza się, aby skutecznie złagodzić zjawisko wybuchu termicznego. Pod wzbudzeniem laserowym i LED ceramika zawierająca 3% atmosfer Ce3+ i 4% atmosfer Mn2+ wykazywała najwyższe wartości CRI. Wśród nich współczynnik CRI osiągnął 75,6 przy wzbudzeniu laserem i 81,3 przy wzbudzeniu diodami LED. Praca ta pokazuje, że poprzez optymalizację komponentów, domieszkowanie Ce-Mn-Tb może znacząco poprawić współczynnik oddawania barw ceramiki fluorescencyjnej z fazą kompozytową i złagodzić zjawisko wzrostu temperatury barwowej, a odkrycia te mają ogromne znaczenie dla udoskonalenia urządzeń oświetleniowych WLED/WLD.
Ryc. 3. Wydajność WLED (a) i WLD (b)(c) ceramiki fluorescencyjnej z fazą kompozytową Al2O3-Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 na bazie 3% at% Ce{ {8}} koncentracja
