高光效白光LED用蓝光增透黄光增反膜的制备及其性能研究
本文关键词：高光效白光LED用蓝光增透黄光增反膜的制备及其性能研究，由笔耕文化传播整理发布。
【摘要】：白光LED因具有节能、环保、体积小、效率高及寿命长等优点成为第四代绿色照明光源。目前GaN蓝光芯片激发YAG:Ce黄光荧光粉的白光LED已经商业化。但是界面反射、菲涅尔效应和自身吸收等因素影响了LED的出光效率。因此,本文以提高白光LED的出光效率为目的,设计并制备了蓝光增透黄光增反膜,具体包括以下内容:(1)以ZnS、TiO2、MgF2分别作为高、中、低折射率材料,采用TFC软件进行膜系设计,得到7层膜结构,膜厚为961 nm。在400-485 nm范围的透过率达到98%,550-800 nm范围的透过率高于99%,符合蓝光增透黄光增反的要求。(2)采用磁控溅射法,在载玻片上沉积得到ZnS/TiO2/MgF2多层膜。通过扫描电子显微镜、原子力显微镜、台阶仪、紫外-可见光分光光度计对多层膜的结构和光学性能进行了表征。电镜分析表明多层膜具有明显的界面,表面结构致密,薄膜颗粒尺寸大小较为均匀,7层膜的表面粗糙度RMS为6.229 nm,平整性较好,总膜厚为912 nm;透过率光谱表明在430-475 nm范围内的透过率约为57%,570-600 nm范围内的反射率约为90%。(3)以OE-6550A、OE-6550B、YAG:Ce荧光粉、四氢呋喃、正己烷为原料制备了YAG:Ce荧光膜。然后将ZnS/TiO2/MgF2多层膜与YAG:Ce荧光膜复合。通过紫外-可见光分光光度计、荧光分光光度计对薄膜的光学性能进行了表征。紫外-可见光谱表明纯YAG:Ce荧光膜吸收紫外光和蓝光,复合薄膜在紫外光区域和蓝光区域的吸收程度明显降低,且复合膜在黄光区域没有吸收峰。荧光光谱表明在以460 nm为激发波长时,纯YAG:Ce荧光膜的最大发射峰在472 nm处,复合薄膜的最大发射峰在485 nm处,发射峰发生红移,发射峰强度增大,在黄光区域的荧光强度基本为0。说明该研究制备的多层光学膜可以起到对蓝光增透黄光增反的作用,在提高白光LED出光效率方面具有潜在应用价值。
【关键词】：白光LED 膜系设计 磁控溅射 透过率
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB383.2
【目录】：
- 摘要3-5
- ABSTRACT5-10
- 第一章 绪论10-26
- 1.1 引言10
- 1.2 LED简介10-18
- 1.2.1 LED的发展史10-12
- 1.2.2 LED的特点12-14
- 1.2.3 LED的发光原理14-17
- 1.2.4 LED的发光效率17-18
- 1.3 提高LED出光效率的方式18-20
- 1.3.1 表面粗化技术18-19
- 1.3.2 光子晶体技术19
- 1.3.3 透明衬底技术19
- 1.3.4 芯片倒装技术19-20
- 1.3.5 布拉格发射技术20
- 1.3.6 增透膜技术20
- 1.4 薄膜制备方法20-24
- 1.4.1 溶胶-凝胶法20-21
- 1.4.2 化学气相沉积法21
- 1.4.3 离子束辅助沉积法21-22
- 1.4.4 脉冲激光沉积法22
- 1.4.5 分子束外延法22
- 1.4.6 热蒸发法22-23
- 1.4.7 磁控溅射法23-24
- 1.5 选题意义及研究内容24-26
- 第二章 多层膜膜系结构设计26-42
- 2.1 引言26
- 2.2 薄膜光学的基本理论26-32
- 2.2.1 单层薄膜26-29
- 2.2.2 多层薄膜29-32
- 2.3 薄膜材料的选取32-35
- 2.3.1 薄膜材料的选取依据32-34
- 2.3.2 薄膜材料的选取34-35
- 2.4 膜系设计35-41
- 2.4.1 多层膜结构模型35-36
- 2.4.2 多层膜结构设计方法36-37
- 2.4.3 多层膜结构设计37-41
- 2.5 本章小结41-42
- 第三章 ZnS/TiO_2/MgF_2多层膜的制备及性能研究42-56
- 3.1 引言42-43
- 3.2 实验部分43-47
- 3.2.1 实验设备43-44
- 3.2.2 实验药品44-45
- 3.2.3 其他实验仪器45
- 3.2.4 实验基片的清洁处理45
- 3.2.5 ZnS/TiO_2/MgF_2多层薄膜的镀制45-46
- 3.2.6 实验表征方法46-47
- 3.3 实验结果与讨论47-53
- 3.3.1 ZnS/TiO_2/MgF_2多层薄膜SEM分析47-49
- 3.3.2 ZnS/TiO_2/MgF_2多层薄膜AFM分析49-51
- 3.3.3 ZnS/TiO_2/MgF_2多层薄膜厚度分析51
- 3.3.4 ZnS/TiO_2/MgF_2多层薄膜紫外-可见光吸收光谱分析51-52
- 3.3.5 ZnS/TiO_2/MgF_2多层薄膜透过率光谱分析52-53
- 3.4 本章小结53-56
- 第四章 ZnS/TiO_2/MgF_2多层膜与YAG:Ce荧光膜的复合性能研究56-66
- 4.1 引言56-57
- 4.2 实验部分57-59
- 4.2.1 实验药品57
- 4.2.2 实验仪器57-58
- 4.2.3 实验过程58-59
- 4.2.4 实验表征方法59
- 4.3 实验结果与讨论59-63
- 4.3.1 复合薄膜紫外-可见光吸收光谱分析59-60
- 4.3.2 复合薄膜透过率光谱分析60-62
- 4.3.3 复合薄膜荧光光谱分析62-63
- 4.4 本章小结63-66
- 第五章 结论与展望66-68
- 5.1 结论66-67
- 5.2 展望67-68
- 参考文献68-76
- 致谢76-78
- 攻读硕士期间科研成果78
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