叠层远程荧光薄膜光谱重吸收效应及封装应用

以无机绿色和红色荧光粉及有机硅胶为原料,采用高温模压法制备单层和叠层远程荧光薄膜,并结合蓝光板上多芯片光源封装出三种结构的白光LED发光器件(单层型,绿-红叠层型,红-绿叠层型).通过荧光分光光度系统、双积分球系统、可见光光谱系统和光谱照度仪等仪器测试了远程荧光薄膜中荧光粉的光谱重吸收特性和所封装白光LED器件的光色性能,并对机理进行了相应的分析.研究结果表明:远程荧光薄膜中红色荧光粉对绿光光谱产生明显重吸收效应,且透射红光光谱色度坐标移动满足线性关系y=-0.881 6x+0.922 5,R~2=0.998 6;叠层远程荧光薄膜可以明显提高所封装白光LED器件的空间色温均匀性,其中绿-红叠层型、红-绿叠层型和单层型白光LED器件空间色温差值分别为485K、487K和799K,空间各处色温的标准偏差和相对标准偏差分别为173.1、172.3、284.6和0.0373、0.052、0.066,同时绿-红叠层型白光LED器件的辐射发光效率达到三种结构中最高的301.1lm·W~(-1)(@350mA,9.2V).     

传统白光LED与远程荧光粉白光LED的发光性能比较

研究了传统白光LED与蓝光激发的球冠形远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能,并对其机理差异展开了探讨。实验结果表明:随热沉温度和驱动电流的上升,传统白光LED的量子效率和电光转换效率急剧下降,并导致其Y/B比(Yellow/Blue Ratio)下降,相关色温上升。而在远程荧光粉白光LED中,其量子效率、光转换效率和相关色温在相同实验条件下变化幅度都较小。由光强空间分布和Y/B比空间分布可知,远程荧光粉白光LED的光强分布呈类似蝠翼分布,且Y/B比空间均匀性远大于传统白光LED。     

白光LED用稀土荧光粉的制备和性质

在还原气氛保护下利用高温固相法合成了化学组分为(M₁,M₂)₁₀(PO₄)₆X₂(M₁=Ca,Sr,Ba;M₂=Eu,Mn;X=F,Cl,Br)的可被紫光激发的蓝光、绿光和红光荧光粉,制备了紫光LED芯片+蓝光荧光粉+YAG荧光粉的二基色白光LED;紫光LED芯片+蓝光荧光粉+红光荧光粉的二基色白光LED,以及紫光LED芯片+蓝光荧光粉+绿光荧光粉+红光荧光粉的三基色白光LED。测试了所有制备的白光LED在不同的直流电驱动下的色度坐标、相关色温和显色指数。     

基于静电纺丝工艺的LED远程荧光片制备技术

首次提出了一种基于静电纺丝工艺以柔性PET为基底的新型LED远程荧光片的制备方法,实现了蓝色LED芯片与荧光粉层相分离的免封装器件结构。采用静电纺丝工艺制备了黄色荧光片和红色荧光片,并研究了黄色荧光片的透射率、吸收率、PL谱及红色荧光片对白光LED的光学性能参数的影响,包括光通量、相关色温、光效。实验结果表明,所制备黄色荧光片在可见光波段具有良好的透光性,荧光片的光谱完全由荧光粉来决定,不需要考虑复杂工艺的影响;使用红色荧光片可以在保持高光效的同时将球泡灯的相关色温由5 595 K降低为3 214 K,这在曲面发光及色温调节方面为灯具设计提供了广阔的空间。     

碳点-纤维素复合红色发光材料制备及性能EI北大核心CSCD

白光LED器件作为新一代绿色固态照明光源,已广泛应用于照明、液晶背光等领域,也与智能照明、物联网技术等高新科技产业密切相关。常用的蓝光芯片复合黄光YAG∶Ce^(3+)(Y 3Al 5O 12∶Ce^(3+))荧光粉的白光器件由于缺少红色光谱的成分,导致器件光谱较窄,显色指数较低,色温偏高。因此,红色荧光粉对改善白光LED的光色品质起到了重要作用。本文首先制备了红色碳点(量子效率28%),通过把红色碳点与纤维素复合,制备了红色荧光粉(量子效率为18%)。该红色荧光粉与黄光YAG∶Ce^(3+)荧光粉混合,封装得到暖白光。结果表明,相较于只有黄光YAG∶Ce^(3+)荧光粉封装的LED,红色荧光粉掺杂之后,在460 nm蓝光芯片的激发下,白光LED的色坐标由(0.30,0.33)变化到(0.33,0.35),色温从7396 K下降到5714 K,显色指数从78.2升高到82.9,实现了由色温高、显示指数低的冷白光向色温低、显色指数高的暖白光的调节。     

传统白光LED与远程荧光粉白光LED的发光性能比较

研究了传统白光LED与蓝光激发的球冠形远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能,并对其机理差异展开了探讨。实验结果表明：随热沉温度和驱动电流的上升,传统白光LED的量子效率和电光转换效率急剧下降,并导致其Y/B比（Yellow/Blue Ratio）下降,相关色温上升。而在远程荧光粉白光LED中,其量子效率、光转换效率和相关色温在相同实验条件下变化幅度都较小。由光强空间分布和Y/B比空间分布可知,远程荧光粉白光LED的光强分布呈类似蝠翼分布,且Y/B比空间均匀性远大于传统白光LED。     

碳点-纤维素复合红色发光材料制备及性能

白光LED器件作为新一代绿色固态照明光源,已广泛应用于照明、液晶背光等领域,也与智能照明、物联网技术等高新科技产业密切相关。常用的蓝光芯片复合黄光YAG∶Ce~(3+)(Y_3Al_5O_(12)∶Ce~(3+))荧光粉的白光器件由于缺少红色光谱的成分,导致器件光谱较窄,显色指数较低,色温偏高。因此,红色荧光粉对改善白光LED的光色品质起到了重要作用。本文首先制备了红色碳点(量子效率28%),通过把红色碳点与纤维素复合,制备了红色荧光粉(量子效率为18%)。该红色荧光粉与黄光YAG∶Ce~(3+)荧光粉混合,封装得到暖白光。结果表明,相较于只有黄光YAG∶Ce~(3+)荧光粉封装的LED,红色荧光粉掺杂之后,在460 nm蓝光芯片的激发下,白光LED的色坐标由(0.30,0.33)变化到(0.33,0.35),色温从7 396 K下降到5 714 K,显色指数从78.2升高到82.9,实现了由色温高、显示指数低的冷白光向色温低、显色指数高的暖白光的调节。     

白光LED用正交相Gd2(MoO4)3∶Dy3+ 荧光粉的制备与发光性能

利用水热法并经过退火煅烧制备了白光LED用正交相Gd₂(MoO₄)₃∶Dy³⁺荧光粉,用X射线衍射仪和扫描电子显微镜对样品的结构和微观形貌进行表征,利用荧光光谱对其发光性质进行了研究。 在389 nm的紫外光激发下,⁴F_9/2→⁶H_15/2跃迁产生的蓝光发射和⁴F_9/2→⁶H_13/2跃迁产生的黄光发射最强。发光光谱分析结果表明,Dy³⁺的最佳掺杂量为x=16%。此时荧光粉最为接近白光,其色坐标和色温分别为 (0.326, 0.336) 和6 389,是一种很有潜力的白光LED用荧光粉。     

广色域钙钛矿量子点/荧光粉转换白光LED

报道了一种使用绿色CsPb（Br_0.75I_0.25）₃无机钙钛矿量子点（PeQDs）和红色K₂SiF₆：Mn⁴⁺（KSF）荧光粉作为荧光转换材料实现广色域白光LED的方法。合成了绿色CsPb（Br_0.75I_0.25）₃量子点,峰值波长为526 nm,半高宽度为27 nm,具有很好的单色性。采用蓝光LED芯片、红色KSF荧光粉和绿色CsPb（Br_0.75I_0.25）₃ PeQDs组合能够覆盖CIE 1931颜色空间中很广的色域,达到NTSC标准色域的107%。利用丝网印刷和紫外固化工艺制作了PeQDs薄膜、KSF薄膜和PeQDs-KSF混合薄膜,与蓝光LED芯片组合得到了3种不同封装形式的白光LED器件。研究了不同封装形式对器件光学特性的影响,KSF薄膜在外侧的样品光效最高,为102 lm/W,色温为7 100 K。     

白光LED极限流明效率的计算

对蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法的流明效率进行了理论计算。根据光度学原理,我们考虑到视觉函数V(λ)的修正,以色坐标为x=0.325,y=0.332,显色指数为81.5,色温为5 914 K的白光LED发光光谱为依据,计算了白光LED流明效率的理论极限:得出每瓦白光LED辐射光功率产生的光通量为298.7 lm,白光LED发射的总光子数为2.7×10¹⁸。在理想情况下,注入一个电子-孔穴对产生一个蓝光光子,设荧光粉的量子效率为1,因此,注入的电子-孔穴对数亦等于白光光子数,进而计算出白光LED每辐射1 W的光功率所需的电功率为1.51 W,上述白光LED发光光谱对应的白光LED的电-光转换的理论极限流明效率为197.8 lm/W。     

Ca3Y2Si3O12：Tm3+,Yb3+上转换发光粉的制备与发光性能研究

采用高温固相法成功制备了Ca₃Y₂Si₃O₁₂：Tm³⁺,Yb³⁺上转换蓝色发光材料。在980 nm 红外激光器激发下,发光粉呈现强烈的蓝光（475 nm）和近红外光（810 nm）以及较弱的红光（650 nm）发射,分别归因于Tm³⁺离子的¹G₄→³H₆、³H₄→³H₆和¹G₄→³F₄能级跃迁。随着Yb³⁺离子浓度的增加,发光粉上转换发射强度和发光亮度均呈现先增强后减弱的变化趋势。在最佳掺杂浓度下（Yb³⁺摩尔分数为15%）,蓝、红光强度分支比为12：1,色坐标为（0.129 2,0.152 3）。在3.9 W/cm²激发功率密度下,发光亮度可达6.8 cd/m²。上述结果证实,所制备发光粉呈现优异的蓝光上转换发射特性并具有潜在的应用价值。发光强度和激发光功率关系表明,所得上转换发射为三光子和双光子吸收过程。借助Tm-Yb体系能级结构详细讨论了上转换发射的跃迁机制。     

全光谱照明LED中的蓝绿色荧光粉研究

采用高温固相法合成了BaSi₂O₂N₂:Eu²⁺蓝绿色荧光粉,在440~460 nm蓝光激发下,该荧光粉发射峰值波长488 nm的蓝绿色光。通过共掺杂微量Mg²⁺和Ge⁴⁺离子,BaSi₂O₂N₂:Eu²⁺蓝绿色荧光粉的热猝灭性能显著提升。在蓝光芯片激发下,使用BaSi₂O₂N₂:Eu²⁺蓝绿色荧光粉搭配Y₃（Al,Ga）₅O₁₂:Ce³⁺黄绿色荧光粉以及CaAlSiN₃:Eu²⁺红色荧光粉,可以封装色温6 500 K、显色指数Ra达到96.5、所有特殊显色指数R1~R15都大于90的全光谱白光LED。通过封装老化测试,Mg²⁺和Ge⁴⁺离子掺杂的BaSi₂O₂N₂:Eu²⁺蓝绿色荧光粉较未掺杂的荧光粉老化性能提升近1倍。     

White light emission from blue and near ultraviolet light-emitting diodes precoated with a Sr3SiO5:Ce3+,Li+ phosphor

White-light-emitting diodes (WLEDs) were fabricated by combining a yellow Sr3SiO5:Ce3+, Li+ phosphor with a blue light-emitting diode (LED) (460 nm chip) or a near ultraviolet (n-UV) LED (405 nm chip), respectively. Color temperature (Tc) of Sr3SiO5:Ce3+, Li+-based WLEDs could be tuned from 6500 to 100,000 K (blue LED pumping) and from 4900 to 50,000 K (n-UV LED pumping) without mixing with other phosphors. The blue LED-pumped WLED showed excellent white light (luminous efficiency=31.7 lm/W, Tc=6857 K) at 20 mA. This WLED showed a stable color coordinates property against an increase of the forward current. An n-UV LED-pumped WLED also showed bright white light (25.0 lm/W, 5784 K) at 20 mA.     

蓝光激发的Y2.93Al5O12∶0.07Ce3+黄色荧光粉的制备及光致发光

以Al₂(SO₄)₃·18H₂O、尿素为原料,采用水热-热解法制备了球形α-Al₂O₃粉体。以自制α-Al₂O₃、Y₂O₃及CeO₂为原料,固相法制备了白光LED用Y_2.93Al₅O₁₂∶0.07Ce3+黄色荧光粉,通过X射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）、X射线能谱（EDS）及荧光光谱（PL）等对产物的物相、形貌及光致发光性能进行了表征。结果表明：水热-热解法制备出了物相纯净、分散性良好的球形α-Al₂O₃粉体,以该α-Al₂O₃为原料,合成出可被460 nm蓝光有效激发,发射光谱为峰值在550 nm宽带的Y_2.93Al₅O₁₂∶0.07Ce3+荧光粉,色坐标为（0.453,0.531 9）,采用GSAS软件对Y_2.93Al₅O₁₂∶0.07Ce3+荧光粉的XRD图进行了Rietveld结构精修,精修图与XRD测试图完全吻合,Y,Al,Ce,O四元素均匀地分布在黄色荧光粉产物中,Y_2.93Al₅O₁₂∶0.07Ce3+黄色荧光粉的激发光谱由两个部分组成,在340和460 nm处有两个非常明显的吸收峰,Ce3+的4f能级由于自旋-耦合而劈裂为两个光谱支项2F_7/2和2F_5/2,其中2F_5/2为基谱项。340 nm的激发峰对应于2F_5/2→5D_5/2的跃迁,460 nm的激发峰属于2F_7/2→5D_3/2的跃迁,并且460 nm处的激发强度强于340 nm处激发强度。以460 nm为监测波长得到的发射光谱,最强发射峰位于550 nm,Y_2.93Al₅O₁₂∶0.07Ce3+荧光粉是一种适用于白光LED的高性能黄色荧光粉。     

A new‐generation color converter for high‐power white LED: transparent Ce3+:YAG phosphor‐in‐glass

Currently, the major commercial white light‐emitting diode (WLED) is the phosphor‐converted LED made of the InGaN blue‐emitting chip and the Ce³⁺:Y₃Al₅O₁₂ (Ce:YAG) yellow phosphor dispersed in organic epoxy resin or silicone. However, the organic binder in high‐power WLED may age easily and turn yellow due to the accumulated heat emitted from the chip, which adversely affects the WLED properties such as luminous efficacy and color coordination, and therefore reduces its long‐term reliability as well as lifetime. Herein, an innovative luminescent material: transparent Ce:YAG phosphor‐in‐glass (PiG) inorganic color converter, is developed to replace the conventional resin/silicone‐based phosphor converter for the construction of high‐power WLED. The PiG‐based WLED exhibits not only excellent heat‐resistance and humidity‐resistance characteristics, but also superior optical performances with a luminous efficacy of 124 lm/W, a correlated color temperature of 6674 K and a color rendering index of 70. This easy fabrication, low‐cost and long‐lifetime WLED is expected to be a new‐generation indoor/outdoor high‐power lighting source.     

染料敏化太阳能电池Sm~(3+)掺杂TiO_2下转换光阳极的制备及性能

用溶胶-水热法制备了Sm3+掺杂的Ti O2粉体(Ti O2∶Sm3+),将其按不同质量分数掺杂到P25基体中,制备了具有下转换功能的光阳极,并将其用于染料敏化太阳能电池中,提高了电池的光电性能。荧光光谱显示,Ti O2∶Sm3+粉体可以将紫外光转换为570~700 nm的可见光。当下转换光阳极中Ti O2∶Sm3+粉体的掺杂质量分数为80%时,短路电流密度达到13.12 m A/cm2,与纯P25光阳极相比,提高了26.5%,转换效率也提高了23.5%。     

基于AAO模板的TiO2微纳结构及其光电特性

以多孔氧化铝（AAO）和导电玻璃FTO为基底,用射频（RF）磁控溅射法和溶胶凝胶（Sol-gel）法分别制备了微纳结构的TiO₂,两种TiO₂沉积技术各自体现出其特质。从XRD衍射光谱和拉曼散射光谱可以看到,在相同退火条件下,RF和Sol-gel法制备的TiO₂晶相结构不同。在以导电玻璃FTO为基底时,RF制备的薄膜颗粒分布均匀,没有团簇现象;而Sol-gel制备的薄膜由密实的颗粒构成。在以AAO为模板时,Sol-gel制备的TiO₂溶胶粒子由于胶体溶液的流动性使其对孔的填充率保持较高的水平;而RF制备的TiO₂对孔的填充率则降低。光电流实验的结果表明,前者具有更好的光电特性。     

白光LED荧光粉层的光学设计及研究

荧光粉粒子浓度的优化设计是改善白光LED颜色品质和流明效率的重要手段。通过光学仿真方法可以分析荧光粉层不同粒子浓度对LED光强分布和色度均匀性的影响。仿真结果表明,随着荧光粉粒子浓度的增加,荧光粉层对蓝光的散射和吸收增强,LED的流明效率增大,光强分布逐渐变均匀,光斑的色度由蓝光逐渐向白光转变。当荧光粉的粒子浓度为105/mm3时,LED的光强分布最均匀,接近朗伯余弦分布。此时,LED光斑的色度坐标接近等能白光源,色度均匀性的空间分布较好。     

白光LED用Ca3Si3O9：Dy3+荧光粉的制备及其发光性能

采用溶胶-凝胶法制备了可用于白光LED的新型Ca₃Si₃O₉:Dy³⁺荧光粉, 通过对样品的X 射线衍射谱及光致发光光谱的测试和表征, 研究了Ca₃Si₃O₉:Dy³⁺的物相结构和发光性能. 结果显示, Ca₃Si₃O₉:Dy³⁺的发射光谱是由位于483 nm和577 nm处的主峰构成的双峰谱线, 激发光谱为多峰宽谱, 谱峰位于290–480 nm范围内. Dy³⁺掺杂浓度对Ca₃Si₃O₉:Dy³⁺发光性能有明显的影响, 随着Dy³⁺浓度的增大, Ca₃Si₃O₉:Dy³⁺的发光强度和黄、蓝光发射强度比 (Y/B) 均呈现先增大后减小的规律, 最大发光强度值对应的Dy³⁺浓度为1 mol%. 电荷补偿剂Li⁺能提高Ca₃Si₃O₉:Dy³⁺的发光强度, 特别当Li⁺浓度为2–4 mol%时, 荧光粉的蓝光发射强度显著增大. 关键词： 白光LED 溶胶-凝胶法 3Si₃O₉：Dy³⁺')" href="#">Ca₃Si₃O₉：Dy³⁺ 发光特性     

用于飞秒激光纳米加工的TiO_2粒子阵列诱导多种基底表面近场增强

利用纳米粒子辅助对飞秒激光能量进行空间局域化,使其在基底表面诱导产生纳米尺度的近场增强,这对超衍射极限微结构加工具有重要意义.目前对于粒子阵列诱导飞秒激光纳米孔加工的研究仅限于金属Au粒子及低折射率聚苯乙烯介电粒子等,本文提出并开展了应用高折射率TiO_2介电粒子阵列作为辅助诱导激光近场增强从而进行飞秒激光超衍射纳米孔加工的研究.对TiO_2介电粒子阵列在Si,Pt及SiO_2表面的近场强度分布进行了数值模拟,研究其基底表面近场增强的规律及物理过程.研究结果发现,使用硅基底时,阵列与单一TiO_2球形粒子相比其近场增强仅下降约30%;相对于入射激光强度而言,在直径约为100nm的空间范围内获得140倍的近场增强,这一现象可用于百纳米孔的激光加工.同时在其他典型基底的理论计算结果中也表明,几乎在所有金属及介电材料表面均可以实现良好的百纳米空间范围内的近场增强,并且具有近场随着基底折射率变大而增强的规律.这些现象的产生归因于TiO_2粒子中磁四极振荡产生的激光前向场增强及粒子与基底的耦合作用.进一步引入镜像电荷模型对基底光学参数对其表面近场增强的影响规律进行了分析和解释.本文的模拟结果对飞秒激光近场超衍射极限纳米加工的应用有着重要的意义.