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江西理工:高性能YAG荧光粉玻璃陶瓷获重要进展

来源:材料科学与工程微信公众号|

发表时间:2019-05-30

点击:13270

文章来源:江西理工大学材料冶金化学学部


近日,江西理工大学材料冶金化学学部高端稀土发光材料及器件研究所在高功率白光LED用无铅/碲基质YAG玻璃陶瓷的丝网印刷技术制备及发光性能的研究中取得重要进展,研究成果在国际陶瓷领域权威期刊《Journal of the European Ceramic Society》上发表。论文的第一作者为材料冶金化学学部高端稀土发光材料及器件研究所夏李斌博士,学部梁彤祥教授和研究所游维雄教授为论文的共同通讯作者。


论文链接:https://doi.org/10.1016/j.jeurceramsoc.2019.05.031



白光LED,因其具有长寿命、节能、环保等优点,近年来被广泛应用于通用照明、指示显示、背光源、汽车大灯等领域。然而,目前商用白光LED,因有机物封装导致的热稳定性差、缺少红光而致的低显色性等问题,限制了其在高功率、高品质照明领域的应用。本文中,研究团队以稀土Eu3+红光玻璃为载体,采用简易的丝网印刷技术,制备了一种不含铅、碲的YAG玻璃陶瓷。该陶瓷能有效替代现有LED的有机物封装,不仅大幅度提升了器件的热稳定性,而且在一定程度上弥补了LED中的红光不足,在与蓝光芯片复合后,实现了良好的暖白光发射。研究的开展,将对大功率高效白光LED用荧光玻璃陶瓷的制备和发展应用提供可靠的理论依据和实践参考。


针对目前YAG玻璃陶瓷研究中普遍采用碲、铅酸盐玻璃作为基质而导致的成本高或环境污染以及红光不足等问题,研究团队首次以稀土Eu3+掺杂的硼铋酸盐玻璃作为基质,采用简易的丝网印刷技术制备了YAG玻璃陶瓷,利用DSC、SEM/EDS、XRD、荧光寿命、吸收光谱、激发/发射光谱等手段,研究了玻璃陶瓷中YAG荧光粉受玻璃基质侵蚀的行为、发光离子间的能量传递、玻璃陶瓷发光性能随温度的变化规律以及用玻璃陶瓷组装的白光LED器件的综合光电性能等内容,得到了一种低成本、无污染、高热稳定性以及良好发光性能的高功率白光LED用玻璃陶瓷。


 △图1 制备的稀土红光玻璃基质具有良好的透过及蓝光吸收性能


 △图2玻璃基质和粘结玻璃具有良好的抗析晶性能和热稳定性


 △图3 SEM/EDS证实玻璃陶瓷中YAG基本未受玻璃基质的侵蚀


 △图4 不同印刷厚度和YAG掺杂浓度下玻璃陶瓷的发光性能


 △图5  制备玻璃陶瓷具有优异的热稳定性


△图6  制备的玻璃陶瓷在不同YAG掺杂浓度、印刷厚度下的光电性能


本项工作中,研究团队以稀土Eu3+掺杂红光玻璃为基质载体(相对高熔点),通过丝网印刷技术将YAG荧光粉与低熔点硼铋酸玻璃粉印刷在基质玻璃表面,制备了良好发光性能的白光LED用YAG玻璃陶瓷。在570 °C 烧结温度下,玻璃陶瓷样品中YAG荧光粉基本未受玻璃基质的侵蚀;Eu3+、Ce3+发光离子之间的能量传递由于晶相/非晶相的空间隔离,而得到有效抑制。制备的YAG玻璃陶瓷的量子效率高达85.06 %,相比于YAG原料,仅降低5%;150 °C时热稳定性达85.01%,远高于现有商用白光LED中有机物封装的数值;玻璃陶瓷装配蓝光LED芯片后器件的发光性能指标为流明效率 117.2 lm/W, 色温5859 K ,显色指数 77.2,对比现有商用LED参数,流明效率相当,但色温和显色指数指标明显优化。以上研究表明该工作制备的YAG玻璃陶瓷,由于其低成本、无污染、高热稳定性以及良好发光性能等优势,有望应用于高功率白光LED照明领域。

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