用于白光LED的远程光谱转换材料的制备及性能研究

发布时间：2018-01-02 21:25

本文关键词：用于白光LED的远程光谱转换材料的制备及性能研究　出处：《重庆大学》2015年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：白光LED由于能耗低、寿命长、不污染环境等优点备受研究人员的关注。荧光粉组合LED芯片因为具有高发光效率和低成本而成为目前应用最广的实现白光LED的方式。在荧光粉组合LED芯片中,荧光粉吸收部分入射蓝光而激发-发射出另一长波长的光谱,实现光谱转换,通过入射光和发射光的混合形成白光。传统的荧光粉直接涂敷于LED芯片的封装方式会造成散射和再吸收,针对这一问题,本课题制备了两类远程光谱转换材料,即远程荧光粉膜和耐高温的荧光粉玻璃-陶瓷。考虑到单一荧光粉膜的显色指数等不能达到日渐增长的要求,设计了一种新型结构的远程双层和三层荧光粉膜。封装测试了两类远程光谱转换材料,系统分析了实现单色蓝光LED转变为白光LED的光谱转换规律,相关的研究结果如下:①研究远程单层荧光粉膜(YAG:Ce3+黄色荧光粉膜、CaS:Eu2+红色荧光粉膜和(SrBa)2SiO4:Eu2+绿色荧光粉膜)实现白光LED的光谱转换规律时,将InGa N芯片与远程单层荧光粉膜封装,测得的发光光谱中透射光谱峰值波长为455 nm,而黄、红、绿膜的发射光谱的峰值波长分别为545 nm、650 nm和525 nm。发射光谱的峰强随着荧光粉膜浓度的增大而增强,而透射光谱和发射光谱的峰值波长和半高宽基本保持不变。另外,分别对YAG:Ce3+荧光粉膜、CaS:Eu2+荧光粉膜和(SrBa)2SiO4:Eu2+荧光粉膜建立了发光光谱的数学模型,验证得出所建立模型具有极高的准确性。②研究远程双层黄红荧光粉膜实现白光LED的光谱转换规律时,InGaN芯片封装黄红双层膜测试发现,发光光谱不仅包括峰值波长为455 nm的透射光谱,还包含峰值波长分别为545 nm的黄峰和650 nm的红峰叠加而成的发射光谱。在Y-R结构的黄红双层膜中,增大红膜浓度而固定黄膜浓度时,透射蓝峰和发射黄峰的峰强降低,发射红峰的峰强增大;增大黄膜浓度而固定红膜浓度时,透射蓝峰峰强降低,发射黄峰峰强增大而红峰峰强基本保持不变。变化浓度的R-Y结构的黄红双层膜实现白光LED的光谱转换规律与Y-R结构的相同。③对比黄红双层膜分别在Y-R结构和R-Y结构封装的实现白光LED的光谱转化规律发现,蓝峰峰强基本相同,而Y-R结构的黄峰峰强高于R-Y结构的,R-Y结构的红峰峰强高于Y-R结构的;Y-R结构的黄红双层膜的光通量全部大于R-Y结构的;两种结构的黄红双层膜的显色指数都是随着红膜浓度的增大出现先增大后减小,最大显示指数为90.9,是Y-R结构的40 wt.%黄膜和25 wt.%红膜的双层膜,相比单层40 wt.%黄膜,显色指数提高了13.9%。综合考虑应用于白光LED的光通量和显色指数等光学参数,性能较好的黄红双层膜是Y-R结构的40 wt.%黄膜和15 wt.%红膜的双层膜或者R-Y结构的40 wt.%黄膜和10 wt.%红膜的双层膜。④研究远程双层绿红荧光粉膜实现白光LED的光谱转换规律时,InGaN芯片封装绿红双层膜测试发现,发光光谱是由透射光谱和发射光谱构成,透射光谱的峰值波长为455 nm,发射光谱是由525 nm的绿峰和650 nm的红峰叠加而成。在G-R结构的绿红双层膜中,固定绿膜浓度而增大红膜浓度时,透射蓝峰和发射绿峰的峰强降低,而发射红峰的峰强增大;当固定红膜浓度而增大绿膜浓度时,透射蓝峰峰强降低,发射绿峰峰强增大而红峰峰强基本保持不变。变化浓度的R-G结构的黄红双层膜实现白光LED的光谱转换规律与G-R结构的相同。⑤对比绿红双层膜分别在G-R结构和R-G结构封装的实现白光LED的光谱转化规律发现,蓝峰峰强基本不变,而G-R结构的绿峰峰强高于R-G结构的,R-G结构的红峰峰强高于G-R结构的,这与黄红双层膜有类似的规律。同样,G-R结构的绿红双层膜的光通量所有都大于R-G结构的。随着红膜浓度的增大,G-R结构和R-G结构的显色指数出现先增大后减小,即当R-G结构的40 wt.%绿膜和15 wt.%红膜的双层膜有最大显色指数89.4,相比单层40 wt.%的绿膜时,显色指数提高了66.5%。综合考虑应用于白光LED的光通量和显色指数,性能较好的绿红双层膜是G-R结构的40 wt.%绿膜和20 wt.%红膜的双层膜或者R-G结构的绿膜浓度为40 wt.%绿膜和15 wt.%红膜的双层膜。⑥研究远程三层荧光粉膜实现白光LED的光谱转换规律时,采用G-Y-R结构封装绿黄红三层膜,测得的发光光谱中透射光谱的峰值波长为455 nm,发射光谱是由535 nm的黄绿峰和650 nm的红峰叠加而成,但黄绿峰的峰值波长会随着绿膜或黄膜浓度变化而偏移。变化红膜浓度而固定绿膜和黄膜浓度时,透射蓝峰和发射黄绿峰的峰强降低,而发射红峰的峰强增大;当变化绿膜浓度或黄膜浓度时,透射蓝峰和发射红峰的峰强降低,而发射黄绿峰的峰强增大。综合考虑应用于白光LED的光通量和显色指数,性能最优的是20 wt.%绿膜、25 wt.%黄膜和20 wt.%红膜组成的绿黄红三层膜,其光通量为27.8 lm,显色指数为91.9。⑦应用于大功率白光LED的YAG:Ce3+荧光粉玻璃-陶瓷的玻璃是起黏合剂作用,存在于荧光粉颗粒的间隙中。封装测试研究其光谱转换规律发现,其发光光谱中透射光谱的峰值波长为450 nm和发射光谱的峰值波长为545 nm。随着玻璃浓度的增加,透射光谱的峰强增大而发射光谱的峰强减小。厚度对YAG:Ce3+荧光粉玻璃-陶瓷的结构、形貌及发光性能影响很小。
[Abstract]:In this paper , two kinds of long - distance spectral conversion materials are studied . The results are as follows : 1 . The peak wavelength and half width of the emission spectrum of the fluorescent powder are 455 nm , and the peak wavelength and half width of the emission spectrum are respectively 545 nm , 650 nm and 525 nm . The blue - red double - layer film with the structure of G - R and R - G has a higher peak intensity than that of the R - Y structure , and the peak intensity of the blue - red double - layer film is higher than that of the R - G structure . A green yellow red three - layer film composed of 20 wt . % green film , 25 wt . % yellow film and 20 wt . % red film was studied . The luminous flux was 27 . 8 lm , the color rendering index was 91.9 . 7 The peak wavelength of the transmission spectrum was 450 nm and the peak wavelength of emission spectrum was 545 nm .

【学位授予单位】：重庆大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TQ422;TN312.8

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