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白光LED、激光照明/显示用荧光透明陶瓷
2018-07-12 08:48:08 | 【 【打印】【关闭】

在当前世界能源日益紧张,环境问题突出的大背景之下,世界各国都在加强节能高效的绿色能源技术的开发,由于固态照明光源具有节能环保、潜在光效高、寿命长、体积小等优点,是最具发展潜力的绿色光源,大力发展固态照明产业已成为世界各国的共识

1大功率白光LED用荧光透明陶瓷

近年来,随着发光材料及其制备技术的发展,以半导体发光二极管为基础的白光LED照明受到人们的广泛关注。实现白光LED照明的方式有多种,其中,“蓝色LED芯片+黄色荧光粉”的组合方式是目前实现白光LED照明的重要方式之一。然而,高分子材料容易老化,且耐高温性差,从而会对白光LED的颜色品质和流明效率产生影响。为了解决这一问题,人们采用掺Ce3+YAG荧光陶瓷代替传统的荧光粉来封装白光LED。荧光陶瓷较传统的荧光粉具有较高的吸收系数和折射率,且其透明性好、硬度高、耐腐蚀、耐高温、制作工艺简单、生产成本低,可以大批量生产,且掺杂浓度易于控制,Ce3+掺杂在陶瓷中的分布也比较均匀。

透明与光功能陶瓷研究课题组采用固相反应烧结技术制备了不同掺杂浓度、高质量的YAG:Ce荧光透明陶瓷,并将其成功应用于高功率LED灯具。在Ce:YAG透明陶瓷关键制备技术突破的情况下,研制出了一系列不同波段发光的Ce:LuYAGEu:YAGEu:Y2O3等荧光透明陶瓷。

   

   

YAG:Ce荧光陶瓷的光谱与白光LED灯具

新型Ce:LuYAGEu:YAG荧光透明陶瓷的实物照片

利用石榴石结构荧光体的组分与结构设计,成功研制出YAG:Ce/(Gd,Y)AG:Ce双层复合结构荧光透明陶瓷,弥补了纯YAG:Ce透明陶瓷用于白光LED中红光成分不足导致色温过高的缺点,通过改变Gd3+的掺杂浓度,实现了色温在3100k-3600k范围内可控,发光效率达到了109.9 lm/w,较高的发光效率和安全的暖白光发射使其在白光LED中具有良好的应用前景。

a)不同Gd3+掺杂浓度的(Gd,Y)AG:Ce透明陶瓷;(b不同Gd3+掺杂浓度的(Gd,Y)AG:Ce透明陶瓷的激发和发射光谱;(c)将YAG:Ce/(Gd,Y)AG:Ce双层复合结构陶瓷用于白光LED照明的发光效率(d)将YAG:Ce/(Gd,Y)AG:Ce双层复合结构陶瓷用于白光LED照明的相关色温

2)激光显示/照明用荧光透明陶瓷

由于LED 存在众所周知的与散热无关的“效率骤降”现象,即随着驱动功率密度的增加,出光效率会快速衰减,且迄今为止还没有找到合理的解决方法。与LED诞生在同一时代的激光二极管(Laser Diode)不仅具有很多LED的优点,如响应速度快,耗能低、寿命长、环保等,更为突出的是在照明需求范围内无“效率骤降” 现象,在高电流密度下工作仍有高的转换效率,这就保证了照明光源的高效性及光色的稳定性,并且在大电流下更具应用潜力,使得其可能成为白光LED 的最佳替代者。

LD 作为激发源产生白光具有很多优点: (1) 无“效率骤降”现象,因此可以通过提高单芯片的出光强度来降低光源成本; (2) 效率更高,可根据LD 输出波长匹配合适的荧光体以实现高转换效率,激光照明的效率是LED的上千倍,一个灯就可以照亮一百平米的范围; (3) 体积更小、亮度更高,结构更紧凑,使终端照明体的设计拥有了更大的设计自由度; (4) 具有更好的可控性,包括光色可调、时间空间可控等。因此,基于蓝光LD激发的白光光源是比较具有可塑性的新一代固态照明光源,对其开展研究具有很大的意义。激光照明在汽车大灯、投影机、电视、远距离照明、舞台灯光、大屏拼接、数字院线等领域都将有更为广阔的应用。透明与光功能陶瓷研究课题组已经成功研制出不同掺杂浓度、不同规格的Ce掺杂石榴石基荧光透明陶瓷,有望在激光照明/显示领域获得应用。

激光白光照明的应用领域

     

高功率激光照明用Ce掺杂石榴石基荧光透明陶瓷

 

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