用于白光LED的遠(yuǎn)程光譜轉(zhuǎn)換材料的制備及性能研究.pdf

1、白光LED由于能耗低、壽命長(zhǎng)、不污染環(huán)境等優(yōu)點(diǎn)備受研究人員的關(guān)注。熒光粉組合LED芯片因?yàn)榫哂懈甙l(fā)光效率和低成本而成為目前應(yīng)用最廣的實(shí)現(xiàn)白光LED的方式。在熒光粉組合LED芯片中，熒光粉吸收部分入射藍(lán)光而激發(fā)-發(fā)射出另一長(zhǎng)波長(zhǎng)的光譜，實(shí)現(xiàn)光譜轉(zhuǎn)換，通過(guò)入射光和發(fā)射光的混合形成白光。傳統(tǒng)的熒光粉直接涂敷于LED芯片的封裝方式會(huì)造成散射和再吸收，針對(duì)這一問(wèn)題，本課題制備了兩類遠(yuǎn)程光譜轉(zhuǎn)換材料，即遠(yuǎn)程熒光粉膜和耐高溫的熒光粉玻璃-陶瓷?？紤]到

2、單一熒光粉膜的顯色指數(shù)等不能達(dá)到日漸增長(zhǎng)的要求，設(shè)計(jì)了一種新型結(jié)構(gòu)的遠(yuǎn)程雙層和三層熒光粉膜。封裝測(cè)試了兩類遠(yuǎn)程光譜轉(zhuǎn)換材料，系統(tǒng)分析了實(shí)現(xiàn)單色藍(lán)光LED轉(zhuǎn)變?yōu)榘坠釲ED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律，相關(guān)的研究結(jié)果如下：
　　①研究遠(yuǎn)程單層熒光粉膜（YAG:Ce3+黃色熒光粉膜、CaS:Eu2+紅色熒光粉膜和(SrBa)2SiO4:Eu2+綠色熒光粉膜）實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律時(shí)，將InGaN芯片與遠(yuǎn)程單層熒光粉膜封裝，測(cè)得的發(fā)光光譜中透射光

3、譜峰值波長(zhǎng)為455nm，而黃、紅、綠膜的發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)分別為545nm、650nm和525nm。發(fā)射光譜的峰強(qiáng)隨著熒光粉膜濃度的增大而增強(qiáng)，而透射光譜和發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)和半高寬基本保持不變。另外，分別對(duì)YAG:Ce3+熒光粉膜、CaS:Eu2+熒光粉膜和(SrBa)2SiO4:Eu2+熒光粉膜建立了發(fā)光光譜的數(shù)學(xué)模型，驗(yàn)證得出所建立模型具有極高的準(zhǔn)確性。
　?、谘芯窟h(yuǎn)程雙層黃紅熒光粉膜實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律時(shí)，InGa

4、N芯片封裝黃紅雙層膜測(cè)試發(fā)現(xiàn)，發(fā)光光譜不僅包括峰值波長(zhǎng)為455nm的透射光譜，還包含峰值波長(zhǎng)分別為545nm的黃峰和650nm的紅峰疊加而成的發(fā)射光譜。在Y-R結(jié)構(gòu)的黃紅雙層膜中，增大紅膜濃度而固定黃膜濃度時(shí)，透射藍(lán)峰和發(fā)射黃峰的峰強(qiáng)降低，發(fā)射紅峰的峰強(qiáng)增大；增大黃膜濃度而固定紅膜濃度時(shí)，透射藍(lán)峰峰強(qiáng)降低，發(fā)射黃峰峰強(qiáng)增大而紅峰峰強(qiáng)基本保持不變。變化濃度的R-Y結(jié)構(gòu)的黃紅雙層膜實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律與Y-R結(jié)構(gòu)的相同。
　　

5、③對(duì)比黃紅雙層膜分別在Y-R結(jié)構(gòu)和R-Y結(jié)構(gòu)封裝的實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，藍(lán)峰峰強(qiáng)基本相同，而Y-R結(jié)構(gòu)的黃峰峰強(qiáng)高于R-Y結(jié)構(gòu)的，R-Y結(jié)構(gòu)的紅峰峰強(qiáng)高于Y-R結(jié)構(gòu)的；Y-R結(jié)構(gòu)的黃紅雙層膜的光通量全部大于R-Y結(jié)構(gòu)的；兩種結(jié)構(gòu)的黃紅雙層膜的顯色指數(shù)都是隨著紅膜濃度的增大出現(xiàn)先增大后減小，最大顯示指數(shù)為90.9，是Y-R結(jié)構(gòu)的40wt.％黃膜和25wt.%紅膜的雙層膜，相比單層40wt.%黃膜，顯色指數(shù)提高了13.9%。綜合

6、考慮應(yīng)用于白光LED的光通量和顯色指數(shù)等光學(xué)參數(shù)，性能較好的黃紅雙層膜是Y-R結(jié)構(gòu)的40wt.%黃膜和15wt.%紅膜的雙層膜或者R-Y結(jié)構(gòu)的40wt.%黃膜和10wt.%紅膜的雙層膜。
　?、苎芯窟h(yuǎn)程雙層綠紅熒光粉膜實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律時(shí)，InGaN芯片封裝綠紅雙層膜測(cè)試發(fā)現(xiàn)，發(fā)光光譜是由透射光譜和發(fā)射光譜構(gòu)成，透射光譜的峰值波長(zhǎng)為455nm，發(fā)射光譜是由525nm的綠峰和650nm的紅峰疊加而成。在G-R結(jié)構(gòu)的綠紅雙層

7、膜中，固定綠膜濃度而增大紅膜濃度時(shí)，透射藍(lán)峰和發(fā)射綠峰的峰強(qiáng)降低，而發(fā)射紅峰的峰強(qiáng)增大；當(dāng)固定紅膜濃度而增大綠膜濃度時(shí)，透射藍(lán)峰峰強(qiáng)降低，發(fā)射綠峰峰強(qiáng)增大而紅峰峰強(qiáng)基本保持不變。變化濃度的R-G結(jié)構(gòu)的黃紅雙層膜實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律與G-R結(jié)構(gòu)的相同。
　　⑤對(duì)比綠紅雙層膜分別在G-R結(jié)構(gòu)和R-G結(jié)構(gòu)封裝的實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)化規(guī)律發(fā)現(xiàn)，藍(lán)峰峰強(qiáng)基本不變，而G-R結(jié)構(gòu)的綠峰峰強(qiáng)高于R-G結(jié)構(gòu)的，R-G結(jié)構(gòu)的紅峰峰強(qiáng)高于G-

8、R結(jié)構(gòu)的，這與黃紅雙層膜有類似的規(guī)律。同樣，G-R結(jié)構(gòu)的綠紅雙層膜的光通量所有都大于R-G結(jié)構(gòu)的。隨著紅膜濃度的增大，G-R結(jié)構(gòu)和R-G結(jié)構(gòu)的顯色指數(shù)出現(xiàn)先增大后減小，即當(dāng)R-G結(jié)構(gòu)的40wt.%綠膜和15wt.%紅膜的雙層膜有最大顯色指數(shù)89.4，相比單層40wt.%的綠膜時(shí)，顯色指數(shù)提高了66.5%。綜合考慮應(yīng)用于白光LED的光通量和顯色指數(shù)，性能較好的綠紅雙層膜是G-R結(jié)構(gòu)的40wt.%綠膜和20wt.%紅膜的雙層膜或者R-G結(jié)構(gòu)

9、的綠膜濃度為40wt.%綠膜和15wt.%紅膜的雙層膜。
　?、扪芯窟h(yuǎn)程三層熒光粉膜實(shí)現(xiàn)白光LED的光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律時(shí)，采用G-Y-R結(jié)構(gòu)封裝綠黃紅三層膜，測(cè)得的發(fā)光光譜中透射光譜的峰值波長(zhǎng)為455nm，發(fā)射光譜是由535nm的黃綠峰和650nm的紅峰疊加而成，但黃綠峰的峰值波長(zhǎng)會(huì)隨著綠膜或黃膜濃度變化而偏移。變化紅膜濃度而固定綠膜和黃膜濃度時(shí)，透射藍(lán)峰和發(fā)射黃綠峰的峰強(qiáng)降低，而發(fā)射紅峰的峰強(qiáng)增大；當(dāng)變化綠膜濃度或黃膜濃度時(shí)，透射藍(lán)峰

10、和發(fā)射紅峰的峰強(qiáng)降低，而發(fā)射黃綠峰的峰強(qiáng)增大。綜合考慮應(yīng)用于白光LED的光通量和顯色指數(shù)，性能最優(yōu)的是20wt.%綠膜、25wt.%黃膜和20wt.%紅膜組成的綠黃紅三層膜，其光通量為27.8lm，顯色指數(shù)為91.9。
　?、邞?yīng)用于大功率白光LED的YAG:Ce3+熒光粉玻璃-陶瓷的玻璃是起黏合劑作用，存在于熒光粉顆粒的間隙中。封裝測(cè)試研究其光譜轉(zhuǎn)換規(guī)律發(fā)現(xiàn)，其發(fā)光光譜中透射光譜的峰值波長(zhǎng)為450nm和發(fā)射光譜的峰值波長(zhǎng)為545n