白光LED用新型Ce,Pr掺杂的YAG单晶荧光材料的光谱性能研究

为了改善白光LED用荧光材料效率低、均匀性差、光衰大、寿命短及物化性能差等不足,本文采用单晶荧光材料取代荧光粉来制备白光LED,并对白光LED用新型YAG单晶荧光材料的制备和光谱性能进行了研究.采用提拉法生长了白光LED用Ce:YAG及Pr,Ce:YAG晶体,并通过吸收光谱,激发、发射光谱对晶体材料的光谱特性进行表征....     

用于白光LED的规则球形YAG:Ce3+荧光粉制备及封装性能研究（英文）

采用高温固相法和筛分法合成了YAG:Ce3+系列黄色荧光粉。采用X射线衍射仪(XRD)、电子扫描显微镜(SEM)、激光粒度分布仪及荧光分光光度计对所制备样品进行了表征。结果表明:所得3种样品形貌规则成球形,粒度分布集中,其中心粒径(D50)分别为29.59,17.40,9.56μm,粒径分布离散度分别为0.85,0.80和0.87。通过Reitveld精修拟合发现,随着荧光粉粒径大小的变化,基质的晶格常数并未发生明显变化。随着中心粒径(D50)逐渐变小,其荧光发射强度逐渐降低,且发生明显的蓝移,同时对蓝光的吸收逐渐减弱。通过对荧光粉与蓝光芯片配合所得白光LED的发光效率、显色指数及色温进行测试发现,当使用相同粉胶比浓度、相同点胶量时,随着荧光粉粒径的减小,所得白光LED的流明效率从109.95 lm/W降低到了99.85 lm/W,而显色指数和色温同时升高。     

白光LED衰减的光谱分析

为了研究白光LED衰减的机理,通过试验跟踪并分析了采用YAG荧光粉、荧光粉晶片、RGB三合一方式封装的PLCC-4型白光LED,以及采用YAG荧光粉封装的大功率白光LED的发射光谱老化衰减曲线。试验在相同的环境下,对上述四种类型的白光LED进行了通电老化,同一类型白光LED老化电流及时间相同,老化完成后测试其光谱分布。通过分析光谱分布曲线的变化来研究白光中各色光的衰减情况,通过对比各色光的衰减情况来推断白光LED的衰减原因。分析表明白光LED的衰减主要是由蓝光LED的衰减及荧光粉的猝灭引起:采用YAG荧光粉、采用荧光粉晶片及RGBLED封装的白光LED衰减特性基本相同,白光的衰减主要是由蓝光的衰减引起;大功率白光LED与PLCC-4型白光LED衰减特性稍有不同,白光的衰减除了因蓝光的衰减外,还有荧光粉的衰减所引起的白光衰减,而蓝光的衰减所占比例至少不低于80%。通过上述分析可以进一步推断:在散热条件足够理想的情况下,白光LED的衰减主要由蓝光的衰减引起,而随着系统温度的提升,荧光粉的衰减将加剧白光LED的衰减。所得结果将为白光LED的应用及进一步对白光LED衰减原因的研究提供了参考。     

白光LED用新型Ce,Pr掺杂的YAG单晶荧光材料的光谱性能研究

为了改善白光LED用荧光材料效率低、均匀性差、光衰大、寿命短及物化性能差等不足,本文采用单晶荧光材料取代荧光粉来制备白光LED,并对白光LED用新型YAG单晶荧光材料的制备和光谱性能进行了研究.采用提拉法生长了白光LED用Ce∶YAG及Pr,Ce∶YAG晶体,并通过吸收光谱,激发、发射光谱对晶体材料的光谱特性进行表征.研究表明,Ce∶YAG单晶荧光材料可以被发射波长460 nm左右的蓝光芯片有效激发,产生一个范围为480~650 nm宽峰发射.通过Pr3+,Ce3+离子共掺杂可以有效补偿Ce3+离子单掺杂YAG荧光材料发光中的红色发光成分.     

白光LED用新型MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷的发光性能

采用金属醇盐法制备MgAl2O4前驱体,通过高温煅烧2～4 h得到纯相MgAl2O4粉体,再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合,利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。利用X射线衍射、紫外-可见分光光度计等测试手段对样品进行表征。样品由MgAl2O4和YAG两相组成,在340 nm和475 nm有两个激发峰。发射光谱在533 nm有一宽峰,属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射。该透明陶瓷封装蓝光芯片所得白光LED器件在35 mA驱动下的发光效率为133.47 lm.W-1,其寿命及色温稳定性优于采用传统方式封装的白光LED。实验结果表明MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。     

Eu2+掺杂CaAlSiN3基氮化物红色荧光粉及其发光性能研究

白光LED作为新一代高效、环保型照明光源,被给予了极高的厚望。目前商业中白光LED主要采用蓝色LED芯片激发黄色YAG荧光粉的方式来实现白光,发光效率能达到理想值,但存在红色光谱区域缺失的问题,造成关键性指标显色指数偏低,限制了白光LED在橱窗照明、医疗照明和投影显示等高品质需求领域的应用。而目前研究较多有关红色荧光粉的光效与稳定性,对红色氮化物荧光粉的宽光谱设计研究尚有待深入探索。采用高温固相法成功制备出了高效宽光谱红色Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+荧光粉,通过X射线衍射仪(XRD)和荧光光谱仪(PL)等测试技术对荧光粉样品的结晶度和发光性能进行了表征分析;基于第一性原理研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的晶体结构和能带结构,研究了Eu2+掺杂CaAlSiN3发光过程中的能量跃迁机理,从其微观性质方面分析探讨了荧光粉的光谱性能;基于蒙特卡罗理论和遗传算法建立了白光封装模型,并结合CaAlSiN3∶Eu2+进行了白光LED应用封装和测试,研究了CaAlSiN3∶Eu2+荧光粉的封装样品的光色特性。研究结果表明,利用高温气压炉合成Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+材料具有较高的结晶度,且微量的稀土元素Eu掺杂不会破坏其晶体结构,仍具有较好的稳定结构;通过PL光谱测试发现其具有极宽的激发光谱(200~600 nm),能被蓝光或者紫外LED芯片有效激发,当在450 nm波长激发下,荧光粉发出峰值为650 nm的发射光谱,光谱半高宽为91.4 nm,通过晶体的能带分布可知其发射光谱为5条高斯光谱曲线,归结于Eu2+的5d能级向4f能级跃迁, Ca0.937 5AlSiN3∶0.062 5Eu2+荧光粉的能量带隙为3.14 eV的间接带隙,主要是由Ca-3p, Eu-3d, N-2p, Al-3p, Si-3p电子态决定,使得材料发出红色光谱;通过建立白光光谱模型指导实现了白光LED应用封装,采用蓝光LED芯片与Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+红色荧光粉、β-sialon绿色荧光粉进行组合封装,光谱测试结果与白光封装模型模拟值(Ra=93.93,R9=72.77,Tc=3 400 K)的趋势接近,且获得了高效高显色性的白光LED(η=101 lm·W-1,Ra=92.1,R9=74.9,Tc=3 464 K), Ca0.992AlSiN3∶0.008Eu2+所提供的红光光谱能够有效地提高白光LED的显色指数,同时在LED的发光效率、色温和物理化学稳定性等方面具有极高的价值,是一种很有应用前途的高品质照明白光LED用红色荧光粉材料。     

白光LED荧光粉涂敷工艺及光学性质

在20mA电流下,对自行设计的白光LED进行测试,发现荧光粉远离芯片封装方法与传统封装方法相比,流明效率提高了20.3%。效率的提高主要是因为减小了LED芯片对荧光粉散射的吸收。同时测得随着正向电流的增加,色坐标x,y的值逐渐减小,色温升高,而光通量呈非线性增加,流明效率逐渐下降。     

基于Ce:YAG单晶的白光发光二极管性能研究

以Ce:YAG单晶取代传统Ce:YAG荧光粉用于制备白光发光二极管(LED),研究了Ce:YAG单晶厚度及驱动电压的变化对其发射光谱、色坐标、亮度、光视效能和色温的影响。研究结果表明,在基于Ce:YAG单晶的白光LED中,发射光的色坐标以及蓝光与黄绿光之间的相对强度可通过对Ce:YAG单晶片厚度的改变进行调整。在恒定电压驱动下,白光LED样品的亮度、光视效能和色温均随单晶片厚度的减小而增加。当Ce:YAG单晶厚度为0.6mm时,可获得较纯的白发射光,并且其色坐标具有较高的可靠性和稳定性,基本不受驱动电压变化的影响。研究结果表明Ce:YAG单晶是一种可用于新型白光LED的理想荧光材料。     

YAG : Ce3+发光粉的粒度与LED匹配性

研究了不同粒度的YAG : Ce³⁺发光粉对LED亮度的影响,结果显示:粒度越大,封装后LED亮度越高;造成这种结果的主要原因是发光粉颗粒的晶格完整性不同。计算了发光粉在硅胶中的沉降速度,数据说明粒度越大,沉降速度越快,也就越不利于点胶。综合以上两个方面的结果认为发光粉的颗粒不宜太粗或太细,而且分布应该尽可能的窄,10~20 μm是粒径的理想范围。     

用于白光LED的Y_(3-x-y)Pr_xGd_yAl_5O_(12):Ce~(3+)荧光粉发光特性研究

以稀土氧化物为原料,采用高温固相法,分别合成了钆、镨、以及钆镨共掺杂的YAG…Ce荧光粉。用荧光分光光度计对这几种荧光粉的激发光谱和发射光谱进行测试。结果表明,这几种荧光粉可以被蓝光(455~470 nm)有效激发;掺杂不同浓度的Gd3+可以使YAG…(Ce,Gd)荧光粉发射光谱的中心波长向红光波段产生不同程度红移;YAG…(Ce,Pr)荧光粉发射光谱新增610 nm处发射峰;YAG…(Ce,Pr,Gd)荧光粉的发射光谱不仅新增610nm处的红峰而且有红移现象,这有效弥补了传统白光LED光谱中红光成份不足这一缺陷,对白光LED在高显色性要求领域的应用有重大的意义。     

LED红色发光粉的制备及封装性能(英文)

实验采用碳酸锂、氧化钨、氧化铕制备了LiEuW2O8发光粉,通过扫描电镜和光谱仪分别研究了它的形貌与光谱特征。结果显示:LiEuW2O8发光粉的激发光谱较宽,非常适合于近紫外、蓝光及绿光芯片,发射光谱峰值位于615nm,色坐标为(x=0.666,y=0.331);球磨对它的形貌影响非常明显。为了比较硫化物发光粉和LiEuW2O8发光粉的性能,分别对他们进行了封装实验,结果显示:LiEuW2O8发光粉能够有效降低色温,更重要的是,它对光效影响较小,4000K时,光效可以保持在60lm/W以上。     

大功率LED的电流老化特性分析

基于一体化封装技术,先将铝基板进行硬质阳极氧化处理使其绝缘,后将蓝光LED芯片直接封装到铝基板上,分别制成大功率白光和蓝光LED,其中白光LED由蓝光芯片涂覆YAG∶Ce荧光粉制成。将白光和蓝光LED分别用500 mA和700 mA电流加速老化1 000 h,平均每间隔24 h测试其各种光学参数,对比蓝光LED与白光LED的衰减情况。白光LED的光通量衰减比蓝光严重,但白光光功率的衰减比蓝光慢。LED的衰减分为两个阶段:第一阶段芯片与荧光粉同时衰减;第二阶段主要是芯片的衰减,荧光粉衰减较慢。     

白光LED用红色荧光粉Gd2Mo3O9：Eu3+的制备及表征

利用Na₂CO₃作为助熔剂,采用高温固相反应方法制备了三价铕离子激活的Gd₂Mo₃O₉红色荧光粉。利用XRD和荧光光谱,研究了助熔剂的量、制备时的温度以及激活剂Eu³⁺的浓度对荧光粉的晶体结构和发光性能的影响。测试结果表明,这种新型的荧光粉可以被紫外光280nm,近紫外光395nm和蓝光465nm有效激发,发射主峰位于613nm,并且证明Eu³⁺离子在晶体结构中占据了非反演对称中心的位置。395,465nm的吸收与目前广泛应用的紫外和蓝光LED芯片的输出波长相匹配。因此,这种荧光粉是一种可能应用在白光LED上的红色荧光粉材料。     

宽激发带稀土激活碱土金属硅酸盐发光材料特性研究

采用高温固相法合成了系列新的宽激发带发光材料M2MgSi₂O₇∶Eu, Dy(M=Ca, Sr);表征了各基质化合物的晶体结构;考察了碱土金属离子相互部分替代对晶体结构、光谱及发光特性的影响。荧光光谱和发光特性研究结果表明,该系列硅酸盐基质发光材料具有很宽的激发光谱,激发带均延伸到了可见区,紫外或可见光照射后可分别产生黄、绿、蓝不同颜色长余辉光发射。在450～480 nm区域间可以非常有效地激发Ca₂MgSi₂O₇∶Eu, Dy,于536 nm处产生强光发射,与InGaN芯片的蓝光复合可产生白光,表明该体系可用作白光LED的黄光发射发光材料。     

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。     

Photoluminescence studies of red-emitting NaEu(WO4)2 as a near-UV or blue convertible phosphor

Sodium europium double tungstate [NaEu(WO₄)₂] phosphor was prepared by the solid-state reaction method. Its crystal structure, photoluminescence properties and thermal quenching characteristics were investigated aiming at the potential application in the field of white light-emitting diodes (LEDs). The influences of Sm doping on the photoluminescence properties of this phosphor were also studied. It is found that this phosphor can be effectively excited by 394 or 464 nm light, which nicely match the output wavelengths of near-ultraviolet (UV) or blue LED chips. Under 394 or 464 nm light excitation, this phosphor exhibits stronger emission intensity than the Y₂O₂S:Eu³⁺ or Eu²⁺-activated sulfide phosphor. The introduction of Sm³⁺ ions can broaden the excitation peaks at 394 and 464 nm of the NaEu(WO₄)₂ phosphor and significantly enhance its relative luminance under 400 and 460 nm LEDs excitation. Furthermore, the relative luminance of NaEu(WO₄)₂ phosphor shows a superior thermal stability compared with the commercially used sulfide or oxysulfide phosphor, and make it a promising red phosphor for solid-state lighting devices based on near-UV or blue LED chips.