Recentemente, un gruppo di ricerca del Dipartimento di materiali funzionali laser e optoelettronici avanzati e del Dipartimento di tecnologia e sistemi laser aerotrasportati, Istituto di ottica e macchinari di precisione di Shanghai, Accademia cinese delle scienze, ha fatto progressi nella ricerca di fosfori ceramici ad alte prestazioni applicato nell'illuminazione LED/LD a luce bianca, e i risultati rilevanti sono riassunti nel titolo "Investigation of a MgO-YMASG termicamente robusto arancione-rosso: ceramica fosforosa composita Ce per illuminazione LED/LD a luce bianca" e "Fabbricazione di Al2O3 Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 fosfori ceramici compositi per illuminazione LED/LD bianca ad alta resa cromatica" e "Fabbricazione di Al2O3-Ce: (Y, Tb)3( Fosfori ceramici compositi Al, Mn)5O12 per illuminazione LED/LD bianca ad alta resa cromatica sono stati pubblicati rispettivamente nel Journal of Alloys and Compounds and Optical Materials.
Negli ultimi anni, i diodi emettitori di luce bianca (WLED) e i diodi laser bianchi (WLD) convertiti in fluorescenza basati su YAG: i fosfori Ce sono stati ampiamente utilizzati nei campi dell'illuminazione e dei display grazie alle loro dimensioni ridotte, a risparmio energetico, rispettose dell'ambiente e lunga durata. Tra questi, le ceramiche fluorescenti Ce:YAG sono considerate un importante materiale di conversione fluorescente nei dispositivi WLED/WLD grazie alla loro elevata efficienza luminosa, buona stabilità chimica e processo di preparazione relativamente semplice. Tuttavia, con l'aumento della potenza operativa dei LED blu e degli LD, le ceramiche fosforose YAG: Ce soffriranno del fenomeno del burst termico e quindi ridurranno la loro efficienza di luminescenza. Nel frattempo, la mancanza della componente rossa nello spettro di emissione di YAG: Ce porta al suo basso indice di resa cromatica (CRI). Pertanto, come mitigare il fenomeno del burst termico e migliorare le prestazioni di luminescenza delle ceramiche fluorescenti sotto eccitazione ad alta potenza sono diventate due sfide importanti.
Fig. 1. Andamenti dipendenti dalla temperatura della diffusività termica (a), della capacità termica specifica (b) e della conduttività termica (c) di MgO-YMASG: ceramiche al fosforo in fase composita Ce
Fig. 2. Spettri di emissione LED bianchi (a), efficienza di luminescenza e temperatura di colore (b) di MgO-YMASG: ceramica fosforica Ce e spettri di emissione LD bianchi (c) di un campione al 30% di MgO
In [Journal of Alloys and Compounds 990, 174436 (2024)] in questo lavoro, il gruppo di ricerca ha preparato con successo MgO-Y3Mg2AlSi2O12: ceramiche fluorescenti in fase composita Ce mediante sinterizzazione sotto vuoto in fase solida. È stato dimostrato che MgO potrebbe coesistere con la fase YMASG e l'introduzione di MgO come seconda fase ha ridotto efficacemente la formazione di impurità Y4MgSi3O13. Con l'aumento del contenuto di MgO, la conduttività termica dei campioni è aumentata da 5,13 W/ (m∙K) a 8,96 W/ (m∙K), mitigando efficacemente l'accumulo termico dei materiali fluorescenti sotto LED blu ad alta potenza/ Eccitazione LD. L'efficienza della luminescenza dei campioni era paragonabile a quella di YMASG: ceramica fosforica Ce con un contenuto di MgO del 30% in peso. Ciò indica che MgO migliora significativamente l'efficienza di estrazione della luce delle ceramiche composite al fosforo. Lo studio suggerisce che le ceramiche composite al fosforo MgO-YMASG:Ce sono promettenti come materiali al fosforo rosso per applicazioni di illuminazione LED/LD bianche ad alta potenza.
In questo lavoro [Optical Materials 151, 115397 (2024)], il gruppo di ricerca ha preparato ceramiche fluorescenti in fase composita Al2O3-Ce: (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 mediante sinterizzazione sotto vuoto in fase solida e ha introdotto Tb3+ per sopprimere l'aumento della temperatura di colore della ceramica mentre drogava Mn2+ per migliorarne l'indice di resa cromatica. Viene introdotto Tb3+ per inibire l'aumento della temperatura del colore e viene introdotta la seconda fase di Al2O3 per alleviare efficacemente il fenomeno del burst termico. Sotto eccitazione laser e LED, le ceramiche con 3 at% Ce3+ e 4 at% Mn2+ hanno mostrato i valori CRI più alti. Tra questi, il CRI ha raggiunto 75,6 sotto eccitazione laser e 81,3 sotto eccitazione LED. Questo lavoro dimostra che attraverso l'ottimizzazione dei componenti, il co-doping Ce-Mn-Tb può migliorare significativamente l'indice di resa cromatica delle ceramiche fluorescenti in fase composita e mitigare il fenomeno dell'eccitazione aumento della temperatura del colore e questi risultati sono di grande importanza per il miglioramento dei dispositivi di illuminazione WLED/WLD.
Fig. 3. Prestazioni WLED (a) e WLD (b)(c) di Al2O3-Ce: ceramiche fluorescenti in fase composita (Y, Tb)3(Al, Mn)5O12 basate su 3 at% Ce{ {8}} concentrazione
