植物照明用荧光粉转换白光二极管的研究

LED具有效率高、体积小、功耗低、寿命长等优点,并且因其具有可轻易实现宽幅光谱调控的特性,在植物照明领域崭露头角。植物照明用LED分为两大类,一类是单色光LED,另一类是白光LED,其中植物照明用白光LED可与单色LED混合或者单独使用从而实现植物补光照明。植物封装用白光LED大部分采用蓝光LED芯片或紫外LED芯片和荧光粉组合实现,即荧光粉转换型白光LED,但是光谱集中于可见光偏蓝,对植物进行光合作用的效率不明显。植物对于光的吸收不是全波段的而是有选择性的,基于植物光合作用吸收光谱的特殊性,将白光LED光谱的显色性能作为评判其光谱是否适合植物生长所需的光质的标准,其平均显色指数Ra,特殊显色指数R9(饱和红光),R12(饱和蓝光)被考虑选择为植物照明用白光LED的主要性能评价参数。为设计出植物进行生长发育所需要的、性能良好的能应用于植物照明领域的白光LED,选用常见商用YAGG为绿色颜色转换材料,选用(Sr, Ca)AlSiN₃为红色颜色转换材料,并用传统高温固相法制备了系列光谱可调的(Sr, Ca)AlSiN₃荧光粉,并进行了光谱性能分析。通过将搭建好的LED结构模型导入光学仿真软件并分别引入绿色荧光粉颗粒、红色荧光粉颗粒以及蓝光芯片的特性参数,在Lighttools中分别建立了单蓝光LED芯片(450 nm)和双蓝光LED芯片(450+470 nm)激发(Sr, Ca)AlSiN₃和YAGG荧光粉组合,实现了白光LED的光学仿真模型,研究了两种激发模式下仿真得到的不同色温白光LED的光谱功率分布及其显色性能。用蓝光LED芯片、(Sr, Ca)AlSiN₃以及YAGG荧光粉组合进行了单芯片和双芯片显色性能差异的封装验证。通过将Sr_0.8Ca_0.12AlSiN₃∶0.08Eu2+和YAGG荧光粉的混合物点涂在双蓝光LED芯片上进行了白光LED的封装制备,获得了Ra=91.2,R9=96.1,R12=78.9,光谱辐射光效LER=126 lm·W-1的高效高显色白光LED其含有植物生长所需要的蓝光和红光。     

新型白光LED的光谱特性和相关结温特性

利用蓝光LED芯片激发[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂和YAG混合荧光粉的方法制备了新型白光LED,研究了随着[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂含量的增加而引起的白光LED光谱特性的变化。当[Ru(dtb-bpy)₃]²⁺(PF₆^-)₂的质量分数为1.5%时,白光LED的显色指数达到83.2,效率相对于其含量为0%时下降了约20%。另外,研究了结温对于一体化封装的该新型白光LED发光特性的影响,结果表明:高显色LED的结温从30 ℃上升到130 ℃的过程中,芯片的蓝光辐射出现了较大幅度的减少,共降低了27.73%,随之也导致该白光LED总发光强度的衰减,而且其发光效率出现了大幅度的下降,共衰减了31.76%,但是其显色性没有明显的变化。     

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。     

Ba9Y2(SiO4)6: Ce3+,Mn2+荧光粉的发光特性及能量传递

利用高温固相法制备了Ba₉Y₂(SiO₄)₆:Ce³⁺,Mn²⁺(BYS:Ce³⁺,Mn²⁺)荧光粉,并通过X射线衍射(XRD)谱、激发和发射光谱及荧光寿命的测试对材料的结构、发光特性和能量传递进行了研究。在327 nm激发下,BYS:Ce³⁺,Mn²⁺发射光谱中包含2个发射峰,分别为位于407 nm的Ce³⁺的蓝紫光发射和位于597 nm的Mn²⁺的红光发射。在该体系中,发现了Ce³⁺向Mn²⁺的有效能量传递,使得Mn²⁺在597 nm处的红光发射显著提高,当x(Mn²⁺)=0.25时,BYS:Ce³⁺,xMn²⁺的能量传递效率可达39%。实验表明,该荧光粉可为紫外基白光LED提供良好的红光光源。     

Ba10(PO4)4(SiO4)2∶Eu2+荧光体的光谱特性

采用高温固相法合成了荧光体Ba₁₀（PO₄）₄（SiO₄）₂：Ce³⁺和Ba₁₀（PO₄）₄（SiO₄）₂：Eu²⁺,研究了两种荧光体的光谱特性。结果表明,两者都呈现较强的宽带激发特征。根据同种基质中Eu²⁺和Ce³⁺两种离子光谱特征的相关性,通过测得的Ba₁₀（PO₄）₂（SiO₄）₂基质中Ce³⁺的光谱数据估算了Ba₁₀（PO₄）₂（SiO₄）₂：Eu²⁺中Eu²⁺的斯托克斯位移（ΔS）和激发能量,估算结果与Ba₁₀（PO₄）₂（SiO₄）₂：Eu²⁺样品的光谱分析结果十分吻合。Ba₁₀（PO₄）₂（SiO₄）₂：Eu²⁺可以同时被紫光和蓝光激发,发出偏白的绿光,可用作白光LED的荧光粉。     

Sm~(3+)掺杂NaLa(WO_4)_2单一基质白光荧光粉制备及发光性能

单离子掺杂体系单一基质白光荧光粉可以有效克服紫外芯片+三基色荧光粉获得白光方案中颗粒分散性和沉降性不均的问题,克服荧光粉彼此间发光再吸收及三基色配比调控等问题.本文采用熔融盐法制备了Sm~(3+)离子单掺NaLa(WO_4)_2:x Sm~(3+)白光荧光粉.在紫外光激发下,WO_4~(2-)自激活发出的蓝绿光,与Sm~(3+)发射的绿光、黄光、橙光和红光混合得到了白光.在250 nm激发下,荧光粉会发出冷白光;在403 nm激发下会发出暖白光.随着Sm~(3+)掺杂浓度增加,相对色温逐渐降低.所制备的样品均为纯的四方相结构,晶粒形貌为不规则菱形薄片.通过分析实验数据确定Sm~(3+)离子间的能量猝灭类型为电偶极-电偶极作用.得到的NaLa(WO_4)_2:x Sm~(3+)荧光粉具有较高的稳定性,能被近紫外LED芯片有效地激发,可作为单离子掺杂单一基质白光荧光粉潜在候选.     

白光LED用Na0.35BaMo8O16：Eu3+荧光粉的发光性质

采用柠檬酸溶胶-凝胶法制备了Eu³⁺掺杂的新型钼酸盐基Na_0.35BaMo₈O₁₆红色荧光粉。利用X射线衍射、扫描电镜、红外光谱等方法对荧光粉的结构、形貌及组成进行了表征。结果表明,经800℃退火可以得到表面光滑基本呈长方体结构的Na_0.35BaMo₈O₁₆:Eu³⁺样品。在614 nm波长光的监测下,Na_0.35BaMo₈O₁₆:Eu³⁺荧光粉的激发光谱为一宽带和系列锐峰,其最强激发峰出现在蓝光465 nm处,表明该荧光粉可以与广泛使用的蓝光LED芯片的输出波长相匹配。在465 nm蓝光的激发下,Eu³⁺在Na_0.35BaMo₈O₁₆中有位于614 nm处的非常强的⁵D₀→⁷F₂跃迁发射,色坐标值 (0.650 8,0.348 9)与标准红光的色坐标值(0.67,0.33)接近,有望成为一种潜在的适用于蓝光LED芯片的光转换红光材料。     

Eu3+掺杂的α-Gd2(MoO4)3荧光粉合成与表征

采用固相反应法合成了Eu³⁺掺杂的α-Gd₂(MoO₄)₃荧光粉。通过XRD、SEM以及激发和发射光谱对样品进行了研究,结果发现助熔剂为3%时样品的结晶较好,样品的发光强度最强,并且样品粉末不团聚。光谱测量的结果表明该荧光粉与其他商品荧光粉不同,其最有效的激发波长不在电荷迁移带范围,其f-f跃迁的465,395nm吸收更强,这就意味着该类荧光粉可作为目前已商品化的白光LED的红色补偿荧光粉,也可作为近紫外LED和三基色荧光粉组合型白光器件的红色荧光粉的候选材料。     

Ce3+和Mn2+掺杂的Ba9(Y2-xScx)(SiO4)6光谱特性和温度特性研究

采用高温固相法制备了Ba₉(Y_2-xSc_x)(SiO₄)₆:Ce³⁺,Mn²⁺(x=0,0.5,1.0,1.5,2.0)样品。在该体系中,当Sc³⁺含量从x=0逐渐增加至x=2时,Ce³⁺的蓝光发射强度提高了1.7倍;同时,Mn²⁺的红光发射强度提高了1.9倍,显示了优良的红光特性。样品的发射光谱和漫反射光谱表明,Ce³⁺、Mn²⁺发射强度的增加与Ce³⁺吸收能力和Ce³⁺向Mn²⁺能量传递的提升有直接关系。研究了样品Ba₉Sc₂(SiO₄)₆:Ce³⁺,Mn²⁺的热稳定性。随着温度的升高,Mn²⁺的红光发射呈现先升后降的态势。当温度从室温升至488 K时,Mn²⁺发射强度仅下降至室温时的84%,表现出优良的热稳定性。高亮的红光发射和优良的热稳定性表明该荧光材料可为紫外基白光LED提供良好的红色光源。     

试验优化设计Er3+/Yb3+共掺BaGd2ZnO5荧光粉及其上转换发光性质

为得到绿光和红光最大发光强度的Er³⁺/Yb³⁺共掺BaGd₂ZnO₅上转换材料荧光粉, 首先采用试验优化设计中的均匀设计初步寻找Er³⁺/Yb³⁺合理的掺杂浓度; 其次通过二次通用旋转组合设计进一步优化实验, 建立起Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度与绿光和红光发光强度的回归方程; 最后通过遗传算法计算出方程的最优解, 即绿光和红光最大发光强度时对应的Er³⁺/Yb³⁺掺杂浓度. 利用传统的高温固相法分别制备出最优样品. 采用X 射线衍射对得到荧光粉的晶体结构进行了分析, 证明了所有产物均为纯相BaGd₂ZnO₅. 采用980 nm抽运激光作为激发源, 在同样的条件下测量了样品的上转换荧光发射光谱, 从中可见样品有较强的红光发射和绿光发射, 发光中心位于662, 551和527 nm, 分别对应于⁴F_9/2→⁴I_15/2, ⁴S_3/2→⁴I_15/2 及²H_11/2→⁴I_15/2能级跃迁. 研究了绿光和红光最优样品的上转换发光强度与激光器工作电流之间的关系, 通过分析发现红色和绿色上转换发光均为双光子过程. 由归一化的绿色上转换发射光谱可以看出, 激光器工作电流导致的样品温度变化可以忽略不计. 由于能级²H_11/2和⁴S_3/2之间存在热平衡, 并满足玻尔兹曼分布, 由此探讨了绿光最优样品上转换发射光谱中的绿色发射与温度的关系, 计算出²H_11/2和⁴S_3/2之间的能级差为ΔE=926.11 cm^-1. 研究了绿光最优样品的温度效应, 随着温度的升高, 发射强度逐渐变小, 出现了温度猝灭现象. 并计算了样品的激活能, 分别为总体激活能ΔE_总=0.45 eV, 绿光激活能ΔE_绿=0.45 eV, 红光激活能ΔE_红=0.46 eV.     

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。     

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.     

Warm-white light-emitting diode with yellowish orange SiALON ceramic phosphor

A warm-white light-emitting diode (LED) without blending of different kinds of phosphors is demonstrated. An approach that consists of a blue LED chip and a wavelength-conversion phosphor is carried out. The phosphor is a newly developed yellowish orange CaEuSiAlON ceramic phosphor with high efficiency. The CIE1931 chromaticity coordinates (x, y) are (0.458, 0.414), the color temperature is 2750 K, and the luminous efficacy of this LED is 25.9 lm/W at room temperature and with a forward-bias current of 20 mA. The chromaticity of the assembled LED is more thermally stable than that of a LED with a conventional oxide phosphor (YAG:Ce) because of the better thermal stability of the oxynitride phosphor.     

白光发光二级管用红色荧光粉LiSrBO3: Eu3+的制备与发光性能研究

采用高温固相法制备了LiSrBO₃:xEu³⁺ 荧光粉, 并通过XRD, 红外(FITR) 和荧光光谱(PL) 等对其表征. 结果表明, LiSrBO₃: Eu³⁺ 荧光粉可被波长为395 nm 的紫外线和466 nm 的蓝光有效激发, 且发射主波长为612 nm (Eu³⁺的电偶极跃迁⁵D₀ →⁷F₂) 的红光. 研究了Eu³⁺ 掺杂浓度对LiSrBO₃: Eu³⁺ 材料发光强度的影响, Eu³⁺ 掺杂浓度为6% 时样品的发射强度最大, 并且证实Eu³⁺ 之间的能量传递机制为电偶极子- 电偶极子相互作用. Li⁺, Na⁺, K⁺ 作为电荷补偿剂的引入全部导致LiSrBO₃: Eu³⁺ 材料发射强度增强, 其中, Li⁺ 的引入要优于Na⁺ 和K⁺. 少量Al³⁺的掺杂降低了Eu³⁺ 所处格位的对称性, 增强了Eu³⁺ 的612 nm 的电偶极发射, 改善了LiSrBO₃: Eu³⁺ 红色材料的色纯度. 关键词： 白光发光二级管 光致发光 浓度猝灭 电荷补偿剂     

TiO2微粒对远程荧光粉膜及白光发光二极管器件光色性能的影响

利用热压法将TiO₂微粒掺入至YAG:Ce荧光粉和硅树脂中制备出远程荧光粉膜并封装成白光发光二极管(LED)器件, 通过荧光粉相对亮度仪、双积分球测试系统和可见光光谱分析系统对样品的光色性能及机理进行了研究. 结果表明: TiO₂的散射效应能够显著提高蓝光的利用率和黄光的透射强度, 白光LED器件的光通量在TiO₂浓度为0.966 g/cm³ 时达到最高值415.28 lm(@300 mA, 9.3 V), 提高了8.15%, 相关色温从冷白6900 K逐渐变化至暖白3832 K. TiO₂的掺入不仅提高了远程荧光粉膜的发射强度和白光LED器件的光通量, 同时能调控其相关色温.     

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。     

白光LED固态照明光转换荧光体

报道了当前热点固态照明白光LED对所用光转换荧光体的特殊要求,从发光学和晶场理论出发,提出研发白光LED用荧光体的几种方案和原则.依据多年成果,特别阐述在稀土铝镓石榴石体系,氯硅酸钙及某些钨钼酸盐中,Ce³⁺、Pr³⁺、Tb³⁺、Eu³⁺、Eu²⁺及Mn²⁺离子的发光特性,能量传递,Eu²⁺的特征“阶梯状”光谱以及激活剂在晶体中所占据不同晶体学格位与发光性质的关联性.这些材料都可用于白光LED之中.实践证明,这些基础性研究和原理是研制白光LED用荧光体的基础.光转换荧光体与InGaN蓝光芯片结合可以获得符合严格标准的全色温(2700~8000K)的高显色性白光LED光源.白光LED及InGaN蓝光LED的光电性能与正向电流I_F密切相关,器件散热极为重要.提出的在不同I_F下,LED的相关色温差(ρT_c)可用来表征LED色温变化幅度及稳定性.     

中性色温下两基色、三基色荧光粉转换白光LED的光谱优化

针对中性色温4 870 K,考虑斯托克斯损失,研究了两基色、三基色的白光LED的光谱优化。结果表明:InGaN/GaN基蓝光LED激发YAG荧光粉合成的白光光视效能可高达483.5 lm/W,但显色性较差,计算的斯托克斯效率为83.9%。加入窄带红色荧光粉或红光LED,优化后的光视效能降低为343 lm/W,但显色指数升至94.7,同时计算得到该LED的斯托克斯效率为84.4%。对该优化的三基色LED光谱进行可调色温白光的特性分析,发现较高色温 (＞4 000 K)对应的显色指数普遍高于低色温(＜4 000 K)的显色指数。     

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。