大功率LED用荧光玻璃的制备与性能研究

发布时间：2017-05-21 17:19

  本文关键词：大功率LED用荧光玻璃的制备与性能研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：白光LED被誉为第四代照明光源，具有效率高、稳定性好、寿命长、体积小等优点，在室内照明、户外照明和特种照明领域得到越来越广泛的应用。但随着LED输出功率的增加，LED芯片温度大幅上升，进而导致封装用环氧树脂/硅胶发生老化泛黄，最终导致LED器件发生性能劣化，如光效损失，色温漂移，，寿命减少等问题。考虑到无机块体荧光材料，如玻璃、陶瓷等不仅耐高温、耐腐蚀、导热性好，用一定方法掺杂稀土离子可制备成发光材料，用其代替传统的环氧树脂/硅胶的封装，将大幅提高LED器件各项性能，满足发展需求。 本课题采用了国际上创新的实验方案制备了石英基质的荧光玻璃。首先采用石英玻璃管破碎球磨得到的石英粉体和商用LED荧光粉为原料，采用一步SPS烧结法成功制备了SiO2/Ce:YAG荧光玻璃。研究了SiO2/Ce:YAG荧光玻璃的烧结特性、显微结构、光学性能。结果表明：1200℃/2min为最佳的SPS烧结制度，烧结得到的荧光玻璃主体相仍为玻璃体，该SiO2/Ce:YAG荧光玻璃在460nm具有强吸收峰，在此波长激发下发射出波峰位于550nm左右的黄光。通过调节荧光玻璃中荧光粉浓度，可以获得不同发光强度的荧光玻璃，其中3wt%荧光玻璃性能最佳，以此封装的白光LED样品在800mA电流驱动下，获得白光输出，色坐标(0.33,0.38)。 接着以SBA-15粉体为原料制备SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃，进一步将烧结温度降低至1000℃，整个过程仅需10min，实现了低温快速烧结。分析表明SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃与荧光粉颗粒界面非常清晰，说明烧结很好地将荧光粉保护了起来。SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃在460nm具有强吸收峰，在此波长激发下发射出波峰位于550nm左右的黄光，并且量子效率高达93.5%。 由于采用SBA-15为原料制备的SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃比以石英玻璃粉体为原料制备的SiO2/Ce:YAG荧光玻璃的烧结温度降低了200℃，并且玻璃样品透明度也得到很大地提高。因此本实验中采用SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃为研究样品，进一步地探索了荧光玻璃的应用问题。实验中采用COB封装制备了基于SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃的LED器件，成功获得了白光输出。在455nm的LED芯片发出的蓝光激发下，SBA-15/Ce:YAG荧光玻璃发出波峰位于550nm左右的黄光。随着荧光粉浓度的增加，LED器件黄光发射强度变大；随着荧光粉浓度增加，LED器件的发光逐渐从蓝光往黄光区域移动。当荧光粉浓度是3wt%时发光恰好落在白光区域，色坐标为(x=0.32,y=0.34)，色温5877K，显色指数69；在120mA电流驱动下，当荧光粉浓度是3wt%时，LED器件光效接近127.9lm/W。随着电流增加，光效从148lm/W减小到80lm/W，同时辐射功率从131mW增加到4565mW。
【关键词】：白光LED Ce:YAG SBA-15 荧光玻璃 放电等离子体烧结
【学位授予单位】：东华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ171.1
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 1 绪论10-33
• 1.1 引言10-11
• 1.2 白光 LED 概述11-26
• 1.2.1 白光 LED 的发展历程11-12
• 1.2.2 LED 的结构和原理12-14
• 1.2.3 白光 LED 用荧光粉14-24
• 1.2.4 大功率 LED 发展中存在的问题24-26
• 1.3 大功率 LED 用荧光玻璃26-30
• 1.3.1 荧光玻璃的性能与应用26-27
• 1.3.2 荧光玻璃的制备方法27-29
• 1.3.3 LED 用荧光玻璃的研究现状29-30
• 1.4 本课题的研究意义和内容30-33
• 1.4.1 研究意义30-31
• 1.4.2 研究内容31-33
• 2 SiO_2/Ce:YAG 荧光玻璃的制备及性能研究33-40
• 2.1 引言33
• 2.2 实验方法33-35
• 2.2.1 实验原料33-34
• 2.2.2 制备方法34
• 2.2.3 表征方法34-35
• 2.3 结果与讨论35-39
• 2.3.1 粒径分析35
• 2.3.2 烧结性能分析35-36
• 2.3.3 物相结构分析36-37
• 2.3.4 发光性能分析37-38
• 2.3.5 LED 器件发光性能分析38-39
• 2.4 本章小结39-40
• 3 SBA-15/Ce:YAG 荧光玻璃的制备及发光性能的研究40-48
• 3.1 引言40-41
• 3.2 实验方法41-42
• 3.2.1 实验原料41
• 3.2.2 制备方法41-42
• 3.2.3 表征方法42
• 3.3 结果与讨论42-47
• 3.3.1 SBA-15 烧结特性分析42-43
• 3.3.2 物相分析43
• 3.3.3 结构分析43-44
• 3.3.4 光学性能分析44-45
• 3.3.5 热淬灭分析45-46
• 3.3.6 量子效率分析46-47
• 3.4 本章小结47-48
• 4 荧光玻璃白光 LED 器件的封装及光学性能研究48-53
• 4.1 引言48
• 4.2 实验方法48-49
• 4.2.1 实验原料48-49
• 4.2.2 制备方法49
• 4.2.3 表征方法49
• 4.3 结果与讨论49-52
• 4.3.1 不同荧光粉浓度对 LED 器件光谱的影响49-50
• 4.3.2 白光色坐标的调控（色温，色坐标）50-51
• 4.3.3 荧光玻璃 LED 器件的光效51-52
• 4.3.4 驱动电流的变化对 LED 器件的性能影响52
• 4.4 本章小结52-53
• 5 结论与展望53-55
• 5.1 结论53-54
• 5.2 展望54-55
• 参考文献55-61
• 附录：硕士期间的研究成果61-62
• 致谢62

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前7条

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本文编号：384317