Advanced Materials:基于纳米波片机制及折射率匹配原则制备白光LED用高效透明羟基磷灰石基复合荧光陶瓷

陶瓷基荧光转换材料(如YAG:Ce、Lu3Al5O12:Ce、CaAlSiN3:Eu等)因其优异的发光性能及稳定性,能有效解决现有硅胶封装LED的老化、色漂移、蓝光溢出等问题,成为目前大功率LED及激光照明用光转换材料的一个重要研究方向。其中,稀土离子掺杂陶瓷基荧光转换材料存在易浓度猝灭及浓度难以调控等问题,由其组装得到的WLEDs表现出发光效率低、相关色温高等不足。采用透明陶瓷封装荧光粉可以解决上述问题,但是由于存在第二相(荧光粉)和晶界散射,导致复合荧光陶瓷只能用于以反射模式工作的照明器件。

针对上述问题,东华大学的江莞教授、王连军教授和海南大学的李建林教授联合报道了基于纳米波片机制及折射率匹配原则制备的高效透明羟基磷灰石(HA)基复合荧光陶瓷,并利用其作为光转换材料获得了高性能透射式WLED器件。研究成果以题为“Nano Wave Plates Structuring and Index Matching in Transparent Hydroxyapatite-YAG: Ce Composite Ceramics for High Luminous Effciency White Light-Emitting Diodes”发表在国际著名期刊Advanced Materials (DOI:10.1002/adma.201905951)上,博士研究生黄平为第一作者。

该研究团队以介孔HA纳米棒和YAG: Ce荧光粉为原料,利用放电等离子体烧结技术,在850℃下制备得到HA基复合荧光陶瓷(HA-YAG:Ce PiC)。通过引入纳米波片机制,使陶瓷基体在可见光区域的透过率达80%以上,且复合荧光陶瓷的外量子产率保留了原始荧光粉的90%以上。此外,通过制备工艺调控晶粒尺寸,进而调控瑞利散射强度,提高了入射蓝光利用率,使组装得到的WLEDs发光效率极高,其流明效率可达170 lm W-1,色温低于4500 K。利用微观结构调控消除光散射并提高入射光利用率的策略为制造多种模式照明器用高性能陶瓷光转换材料开辟了新途径。