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。     

远程荧光体白光发光二极管的发光性能

研究了高色温和低色温两种球冠状远程荧光粉白光LED在不同电流、不同热沉温度下的发光性能差异.结果表明:在大电流下,LED有源层内由于量子限制斯塔克效应使其峰值波长向短波方向移动,偏离了高色温荧光粉的最佳激发波长,更加接近低色温荧光粉的最佳激发波长.高色温LED的相关色温随电流增加呈上升趋势,低色温LED的相关色温随电流增加呈下降趋势,与它们的量子效率变化引起的色坐标漂移有很大关系.两种LED量子效率和发光效能随热沉温度的升高均呈略微增大的趋势;其中,高色温LED的量子效率和发光效能随电流的增大而减小,而低色温LED的量子效率和发光效能则随电流的增大而升高;高色温LED发光性质较低色温LED好,但色特性的稳定程度不如低色温LED.     

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。     

GaN基低色温高显色白光LED

采用440nm短波长InGaN/GaN基蓝光LED芯片激发高效红、绿荧光粉制得高显色性白光LFD,研究了不同胶粉配比对LED发光性能的影响,结果表明,A胶、B胶、绿粉、红粉比重在0.5∶0.5∶0.2∶0.03时,在440 m蓝光激发下呈现了有两个谱带组成的发光光谱,分别是峰值为535 nm的特征光谱和643nm的特征光谱,胶粉通过均匀调配后能够有效的进行混光产生低色温白光,实验中最低色温可达3 251K,显色指数高达88.8,这比传统蓝光激发YAG荧光粉制得的白光LED色温更低,显色指数提高了26%.     

透镜对1W白光LED参数的影响

研究了透镜对1W白光LED光强空间分布、光通量和色温光参数的影响。研究结果表明,透镜是1W白光LED光强空间分布的决定因素,透镜的存在和选择性吸收导致1W白光LED发光效率和色温值下降。根据研究结果提出了一种不使用透镜的硅胶倒模封装形式,该封装形式的1W白光LED发光效率比有透镜时提高了6%~7%,且可以使用波峰焊和回流焊方式进行焊接。     

量子点白光LED中内嵌式导热支架的应用

量子点白光LED中的量子点在工作温度过高时会发生热淬灭。为了降低量子点白光LED的工作温度，本文提出了一种新型的LED封装方式，即在量子点所在的发光层中加入内嵌式导热支架，从而增强发光层的散热能力。针对本文设计的内嵌导热支架的量子点白光LED(量子点薄膜支架白光LED)，分别应用热学数值模拟和光学数值模拟进行了热学性能和光学性能的评估。热学模拟结果表明量子点薄膜支架白光LED的最大工作温度比传统的量子点白光LED的最大工作温度约降低50℃；光学模拟表明该新型封装结构对LED的空间光度分布的影响较小。本文将内嵌式导热支架应用于量子点白光LED中，极大地降低了LED的最大工作温度，并基本保持了其优良的空间光度分布。     

白光LED光谱特性及司辰节律因子

为分析白光LED的光-电-热特性及其变化,在热沉温度和驱动电流可控的条件下,测试了温度、电流对白光LED光谱分布的影响,建立了白光LED光功率和光谱蓝白比(蓝光光谱光功率与白光光谱光功率的比值)预测模型。相关性分析显示光谱蓝白比、色温及司辰节律因子之间高度相关,光谱蓝白比与色温、光谱蓝白比与司辰节律因子均存在线性关系,表明由光谱分布变化预测光谱色温漂移及其非视觉生物效应的可能性。实验结果表明,白光LED光功率、蓝白比、色温及司辰节律因子的预测值与实测值吻合较好,最大预测误差分别不超过4.22%、1.54%、1.31%和2.15%;同时,白光LED光谱蓝白比可作为一种有效手段,用于预测光谱色温及司辰节律因子,进而评估其光学特性和非视觉生物效应。     

荧光粉比例对白光LED特性的影响

用黄色和橙色硅酸盐荧光粉制备了白光LED,调整黄粉和橙粉的比例得到不同的色温.对样品进行光学测试,发现黄粉与橙粉的比例小于7时,黄光部分的峰值约590 nm,比例大于7时,黄光部分的峰值约570 nm;显色指数和流明效率都是随色温的增大先上升后下降,5521 K时达到最优值,这是由于低色温时,荧光粉的浓度大导致不能有效...     

一种预测白光LED相关色温的新方法

为了快速确定白光LED相关色温与黄色荧光粉浓度的关系,提出"中间参数A"的方法,以达到减少工作量,缩短工作时间,提高精度的目的。首先,通过理论分析推导出色品坐标与"中间参数A"的关系公式。然后,制备6组不同黄色荧光粉浓度的白光LED样品,计算出每个浓度对应的A值,拟合A值与荧光粉浓度的关系公式。在色品图上查找目标色温对应的色坐标,就可以利用"中间参数A"的方法预测目标色温对应的黄色荧光粉浓度。实验结果表明:利用"中间参数A"的方法生产的白光LED的色温与目标色温的误差在50 K以内。在预测高色温时,该方法比"直接探索色温与荧光粉浓度的关系"的方法的精度高一个数量级。而且利用该方法,采用2组不同荧光粉浓度样品相比于6组样品,在预测目标色温对应的荧光粉浓度时的相差量低于0.5%。因此,该方法具有耗时短、工作量少,精度高的优点。     

温度和电流对白光LED发光效率的影响

对大功率白光LED发光效率进行了研究,得出温度和电流对LED发光效率的影响:随着温度的升高,势阱中辐射复合几率降低,从而降低了发光效率;电流的升高,使更多的非平衡载流子穿过势垒,降低了发光效率。LED工作时,过高的工作温度或者过大的工作电流都会产生明显的光衰:如果LED工作温度超过芯片的承载温度,这将会使LED的发光效率快速降低,产生明显的光衰,并且对LED造成永久性破坏;如果LED的工作电流超过芯片的饱和电流,也会使LED发光效率快速降低,产生明显的光衰。并且LED所能承载的温度与饱和电流有一定关系,散热良好的装置可以使LED工作温度相对降低些,饱和电流也可以更大,LED也就可以在相对较大的电流下工作。     

基于远程荧光技术的高显指白光LED的制备和性能研究

针对目前LED灯具在照明方面显色性不足,以及传统LED点胶封装所存在的芯片发热导致荧光粉性能衰减、色温漂移、出光不均匀等问题,采用近年来新兴的远程荧光封装方式。用黄绿色YGG荧光粉和氮化物红色荧光粉,与硅胶制成远程荧光片封装成LED灯具。通过大量实验确定了黄绿粉、红粉与硅胶的最佳比例,制备了不同色温的LED灯具,并选择了色坐标,光效,显色指数,R9,色质指数,色温,全色域指数等参数对灯具进行了测试与分析,为优质LED照明提供了更客观地综合评价。实验结果表明红粉与黄绿粉的最佳比例为1∶7.6,荧光粉总量与硅胶最佳比例为1∶5,此时制成的白光LED灯具的色温为4 113 K,色坐标(x, y)为(0.375 4, 0.373 1),光效为52.33 lm·w-1,色域度为0.981,显色指数高达96,其中R9为97。色质指数Qa值高达93,全色域指数为79。同时相较于传统封装而言,远程荧光封装的荧光板表面温度大大低于点胶封装荧光粉表面温度,可以有效地避免温度过高对LED产生的不良影响。     

瓦级大功率InGaN蓝光LED的光色电特性

封装并测量了瓦级大功率InGaN蓝色发光二极管(LED)在不同正向电流I_F驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数的变化。研究表明, 光通量与电功率随I_F的增大呈亚线性增加,而发光效率η则下降。当I_F从50 mA一直增大到450 mA左右时,发射光谱的峰值波长λ_p随I_F的增加发生蓝移,蓝移现象可能与InGaN蓝光LED芯片在较大电流时能带被拉平以及In成分的作用有关。当I_F大于500 mA或800 mA后,λ_p又发生红移,红移现象可能与大电流注入下InGaN蓝光LED芯片产生的热效应以及电子-空穴对辐射复合有关。此外,光谱的半峰全宽(FWHM)产生宽化现象,色坐标x和y值也发生变化。     

功率型白光LED光学特性退化分析

将GaN基蓝光芯片涂敷YAG荧光粉和透明硅胶制成额定功率为1 W的白光发光二极管(LED),对其施加900mA的电流应力,在老化过程中测量白光LED的主要光学参数,考察其光学特性的退化情况。经过4 200 h的老化,样品光通量退化为初始值的15%~18% 。样品的漏电流明显增大,表明芯片有源区缺陷密度提高,但光谱分布图中蓝光部分的辐射量未减少,仅观察到黄光部分辐射量的减少,推断出YAG荧光粉的转换效率降低。同时,从原理上分析了样品色温逐渐增大,显色指数基本不变的原因,对大功率白光LED在照明领域的应用有一定的借鉴意义。     

A model for LED spectra at different drive currents

A mathematical model for the spectra of monocolor light-emitting diodes （LEDs） and phosphor-coated white LEDs at different drive currents is established.The simulation program of the color rendering of a white light LED cluster is developed based on this model.The program can predict not only the spectral power distribution and color rendering index （CRI）,but also the number of LEDs,drive currents,input power,and luminous efficacy of a white light LED cluster at a given color temperature according to the requirement of the luminous flux.The experimental results show that the relative spectral power distributions （SPDs） and chromaticity coordinates of the model LED are very close to that of the real LED at different drive currents.Moreover,the correlated color temperature （CCT）,CRI,special color rendering index （R9） luminous flux,input power,and luminous efficacy of the white light LED cluster predicted by simulation are also very close to the measured values.Furthermore,a white/red cluster with high rendering （CCT=2903 K,CRI=91.3,R9=85） and a color temperature tunable warm-white/red/green/blule LED cluster with high rendering （CCT=2700 6500 K,CRI 〉 90,R9 〉 96） are created.     

白光LED用硅酸盐基质发光粉的制备及其封装特性

在还原气氛下采用高温固相法合成了Eu²⁺激活的硅酸盐基质白光LED用发光粉,运用扫描电子显微镜和荧光分光光度计分别对发光粉的形貌和激发、发射光谱进行了表征,并对其与YAG发光粉的封装特性进行了对比研究。结果表明,合成的硅酸盐基质白光LED用发光粉其激发光谱覆盖范围宽。采用不同波段的LED芯片进行封装时,和YAG发光粉相比,其色坐标、显色指数和流明效率波动不大,尤其是流明效率波动仅在8%左右,而且其老化性能也和YAG发光粉差别不大。对其和YAG LED的相对发射光谱研究表明,硅酸盐更适合暖白光LED的封装,硅酸盐发光粉粒径与封装流明效率规律变化的研究结果表明,较大粒径的硅酸盐发光粉有可能在大功率LED上有潜在的应用前景。     

感光性树脂应用于发光二极管平面自适应封装技术

采用感光性树脂+荧光粉进行了发光二极管平面自适应涂覆技术,实现了白光发光二极管荧光粉涂层的平面化工艺,使器件出光的亮度、空间色度均匀性较之传统封装工艺器件有了明显的改善,光斑及单管间色度、亮度偏差均小于6%.综合聚乙烯醇的感光和硅胶的物化、光学性能,在粉浆法工艺中采用乳化技术,实现了聚乙烯醇+硅树脂的多相结构的荧光粉平面涂层,有助于进一步改善荧光粉层的物化性能,而多相涂层有效折射率的提高更有利于提高器件的整体出光效率.由于感光性树脂其感光波长覆盖范围非常广,另外还可以通过光增感等技术使其感光波长范围变得其与发光二极管的发光波长相匹配,这样,对于各种荧光粉转化的白光发光二极管都可以实现平面涂层技术.由于大部分感光材料对紫外部分的吸收更强烈,所以对于紫外+三基色荧光粉的传统灌封技术将会得到明显的改善.     

感光性树脂应用于发光二极管平面自适应封装技术

采用感光性树脂+荧光粉进行了发光二极管平面自适应涂覆技术,实现了白光发光二极管荧光粉涂层的平面化工艺,使器件出光的亮度、空间色度均匀性较之传统封装工艺器件有了明显的改善,光斑及单管间色度、亮度偏差均小于6%.综合聚乙烯醇的感光和硅胶的物化、光学性能,在粉浆法工艺中采用乳化技术,实现了聚乙烯醇+硅树脂的多相结构的荧光粉平面涂层,有助于进一步改善荧光粉层的物化性能,而多相涂层有效折射率的提高更有利于提高器件的整体出光效率.由于感光性树脂其感光波长覆盖范围非常广,另外还可以通过光增感等技术使其感光波长范围变得其与发光二极管的发光波长相匹配,这样,对于各种荧光粉转化的白光发光二极管都可以实现平面涂层技术.由于大部分感光材料对紫外部分的吸收更强烈,所以对于紫外+三基色荧光粉的传统灌封技术将会得到明显的改善.     

基于分层远程荧光膜白光LED的制备及光谱性能研究

基于荧光粉分层和远程荧光封装技术,采用热压法制备出双层远程荧光膜,并封装出白光LED。通过荧光分光光度计和可见光光谱分析系统研究了绿色和红色远程荧光膜不同分层顺序及不同发射波长对于白光LED光谱性能的影响。研究发现：蓝-绿-红(B-G-R)膜层封装形式相较于蓝-红-绿(B-R-G)辐射发光效率提高了31.69%,色保真度和色域指数均随着红色远程荧光膜波长的增加而升高,发射波长为660 nm时制备的白光LED色保真度最高值达到91,色域指数最高值达到104,辐射发光效率值则与波长成反比关系;色保真度随着绿色远程荧光膜波长的增加逐渐降低,色域指数则先降低后升高,发射波长为530 nm制备的白光LED具有最高的辐射发光效率,达到300.7 lm·W-1。研究所得出的相关结论对于实际的应用具有一定的参考意义。