Энергосберегающие керамические люминофоры для мощных светодиодов

Материалы были синтезированы методом реактивного спекания исходных порошков оксидов алюминия, иттрия, церия и гадолиния в вакууме. Особое внимание было уделено выявлению количественной связи между основными центрами рассеяния излучения, которые образуются остаточными порами и кристаллитами Al₂O₃, и спектроскопическими свойствами керамического люминофора

Материаловеды из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) в сотрудничестве с международной исследовательской группой разработали композиционные керамические материалы (Ce³⁺: ИАГ-Al₂O₃) - твердотельные преобразователи света (люминофоры), которые могут использоваться в наземных и аэрокосмических технологиях. Светодиодные системы на их основе потребляют меньше на 20-30 процентов энергии по сравнению с существующими аналогами для коммерческого использования. Соответствующая статья была опубликована в журнале Materials Characterization [1].

Более 15% от общего мирового производства электроэнергии ежегодно расходуется на освещение. Согласно дорожной карте развития фотоники, запущенной в России, развитие светодиодных технологий с КПД более 150 лм/Вт позволит к 2025 году высвободить до 30% потребляемой сейчас электроэнергии.

На основе разработанных керамических преобразователей света можно изготавливать как компактные энергоэффективные светодиоды белого цвета (wLED), так и осветительные системы большой мощности (высокой яркости). Новый материал будет востребован во многих фотонных устройствах, от портативных проекторов и эндоскопов до лазерных телевизоров с диагональю более 100 дюймов, осветительных приборов и прочего.

«Белые светодиоды составляют более половины от общего количества светодиодов высокой яркости. Некоторые особенности технологии изготовления органических люминофоров при производстве современных белых светодиодов, используемых в коммерческих целях, приводят к быстрому их изнашиванию, вследствие чего теряется их яркость и качество цветопередачи. Эту проблему можно обойти, создав полностью неорганические преобразователи света с помощью композитной керамики на основе иттрий-алюминиевого граната (ИАГ), активированного ионами церия Ce³⁺: ИАГ, и термостойкой фазы оксида алюминия Al₂O₃».

Новый материал характеризуется высокими значениями термической прочности и теплопроводности, выдерживает высокую подводимую мощность электроэнергии и генерирует яркий белый свет без явного изменения интенсивности фотолюминесценции в зависимости от температуры. Это позволяет снизить ее рабочее значение для светодиодного устройства до 120-70 ⁰C.

«Материалы были синтезированы методом реактивного спекания исходных порошков оксидов алюминия, иттрия, церия и гадолиния в вакууме. Особое внимание было уделено выявлению количественной связи между основными центрами рассеяния излучения, которые образуются остаточными порами и кристаллитами Al₂O₃, и спектроскопическими свойствами керамического люминофора. Преобразователи света соответствуют всем требованиям, присущим светодиодам нового поколения. Они имеют длительный срок службы, высокую светоотдачу и индекс цветопередачи при сохранении требований к экологичности и размерам материала».

Ссылки:

1. https://doi.org/10.1016/j.matchar.2021.110883

Источник: EurekAlert