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宁波材料所突破高功率LED用光转换透明陶瓷片关键制备技术

宁波材料所突破高功率LED用光转换透明陶瓷片关键制备技术

    幸运28固态照明被誉为是继白炽灯、荧光灯和高强度气体放电灯之后的第四代电光源,相对于白炽灯5%和荧光灯20%的能量转换效率,LED的能量转换效率超过50%,因此LED的耗电量仅为白炽灯的1/10,荧光灯的2/5,特别是蓝光芯片结合黄光荧光粉合成白光照明是下一代照明的一个重要方向。

  近年来,LED主要采用蓝光芯片激发/复合黄光荧光粉合成高质量的白光幸运28 ,然而目前所采用的硅胶和环氧树脂混合陶瓷荧光粉存在较大的散热和稳定性问题,这极大地限制了LED在大功率方面的应用(如公路、汽车大灯、海洋渔业、舞台灯光等)。

  中国科学院宁波材料技术与工程研究所特种纤维与核能材料工程实验室研究人员经过四年的努力,近期通过与韩国岭南大学材料与工程系Jaehyung Lee合作,解决了两相复合陶瓷界面相容性问题和低光散射损耗的高透明陶瓷制备技术,成功将陶瓷荧光粉镶嵌入热膨胀系数匹配的铝基透明陶瓷基体中。该透明陶瓷片的热导率达到14W/mK(硅胶和环氧树脂在0.4 W/mK),将传统封装中的被动发光模块的热导率提高了两个数量级。研究团队通过调整荧光粉的颜色和含量,获得了不同发光要求的光转换透明陶瓷片型号。

  宁波材料所研究人员与相关封装企业合作将该透明陶瓷片封装到商业蓝光芯片上获得了全陶瓷型LED的灯珠。通过相关性能的测试,该灯珠色温达到了4500K,光效达到107 lm/W,达到了市场主流的LED光效水平。荧光透明陶瓷封装技术将极大简化传统LED封装中的混胶和调色工艺,并有望使不同颜色荧光陶瓷完全标准化,减少人工误差。

  该项工作获得了国家自然科学基金(幸运28ADS用微波段透明陶瓷的介电损耗机理研究及其微缺陷的多尺度分析,51172248),浙江省杰出青年基金(微波合成半导体照明用氮化物荧光粉的化学反应动力学、微结构演变及发光特性研究,R12E020005)和宁波市国际合作项目(LED用氮化物基荧光陶瓷片的关键技术开发,2014A610006)的支持。目前围绕光转换透明陶瓷技术,团队已具有一项授权发明专利,一项实用新型专利和三项在审发明专利。 

    (a)荧光陶瓷片,(b)光转换透明陶瓷封装示意图,(c)封装透明陶瓷的LED灯珠,(d)演示透明陶瓷型LED灯珠白光转换效果。