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用Li^+/La^3+共掺杂BaSi2O5∶Eu^2+绿光发射荧光粉的制备及其发光性能和热稳定性

通过Li^+/La^3+同比例共掺杂策略,在氢气气氛下烧结制备了Li0.06La0.06Ba0.84Si2O5∶4%Eu^2+(LLBSO∶Eu2+)高效绿色发光荧光粉。相比于未掺杂样品Ba0.96Si2O5∶4%Eu2+(BSO∶Eu^2+),Li^+/La^3+共掺有助于单一相LLBSO∶Eu^2+荧光粉的合成,能有效降低烧结的温度和缩短合成时间。我们发现该策略节约荧光粉合成成本的同时,也可以显著提高其光学性能。相关测试表明,Li+/La3+共掺杂样品平均颗粒尺寸主要分布在1.1~2.7μm,颗粒团聚现象不明显,符合涂覆LED芯片要求。该样品可以有效地被365 nm近紫外LED芯片激发,产生位于502 nm的强的宽带绿光发射,其归属于Eu2+的5d-4f跃迁,发光强度是未掺杂样品的168%。此外,LLBSO∶Eu^2+荧光粉在150℃时发光强度仍保持在室温时的98%左右,具有良好的热稳定性。该样品CIE坐标位于绿光区(0.217,0.410)。通过绿粉/红粉和绿粉/红粉/蓝粉混粉策略,制得了色温为2918~4037 K的白色发光LED,其显色指数(Ra)均大于85,具有良好的热稳定性。实验结果表明,Li^+/La^3+共掺单一相的BSO∶Eu^2+绿色发光荧光粉是制备近紫外激发白光发射LED的优良候选荧光粉材料。     

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%.     

基于偏最小二乘回归的荧光粉涂覆型白光LED的光谱预测研究

为了更便捷高效地对荧光粉涂覆型白光LED的发光光谱进行预测,利用GaN蓝光LED芯片与杭州萤鹤光电材料有限公司的YH-S525M绿色荧光粉和YH-C640E红色荧光粉进行实验样品的制备。分别测量其单色荧光光谱,测得蓝光芯片的发射峰波长为453 nm,选用的红色和绿色荧光粉的发射峰波长分别为631和526 nm。制备红色和绿色荧光粉通过AB胶混合并涂覆于蓝光芯片上的LED实验样品,红粉/绿粉质量比设置为1∶3,1.2∶3,1.4∶3,1.6∶3,1.8∶3,2∶3,红粉混胶后的浓度为7%,9%,11%,13%,15%,17%。每组质量比和混胶浓度条件下的样品制备3~5份,利用杭州远方色谱有限公司的HAAS-2000高精度快速光谱辐射计测试样品的发光光谱,并进行蓝峰归一化处理得到共36组光谱数据。将白光光谱视为蓝色,绿色和红色三种单色荧光光谱的线性叠加,蓝色和红色峰项直接选用对应的发射谱,而绿色峰项选用两个高斯线型方程拟合,系数均由强度决定。通过循环搜索算法,分别计算36组实验条件下的模型参数最优值,对拟合结果进行优度检验,R2的范围为99.33%~99.88%。然后运用偏最小二乘回归方法建立荧光粉质量比和浓度与模型参数间的回归方程,最终得到一种能够精确预测两种荧光粉混合涂覆的白光LED发光光谱的新方法。用一组新制备的样品测得的光谱功率分布进行预测效果检验,得到的预测光谱相对于实测光谱的拟合优度为99.62%,证明该方法的预测效果良好。该研究建立的预测模型从该类型的白光LED的发光机理出发,分析发光时两种荧光粉之间的相互作用,并引入绿色荧光谱线的展宽效应,更加简单有效地建立起两种荧光粉的质量比和混胶浓度与白光光谱间的数学关系。该方法具有更好的普适性,为荧光粉涂覆型LED的光源参数优化提供了一种新的思路。     

白光照明LED灯温度特性的研究

分析了荧光粉转换型白光LED照明光源色坐标、显色指数、色温和发光效率与驱动电流和温度的关系。驱动电流的增加将引起蓝光波峰的长移，并随电流的增大而增大；但其对色坐标、色温和显色指并未引起较大的变化，而发光效率发生下降，主要原因为蓝光波峰的红移导致荧光粉与激发波长的不匹配，引起荧光粉发光效率的下降，这个现象在不同环境温度下的发光也得到证实，实验结果认为LED的驱动电流为20mA，温度低于50℃时具有较好的发光效率，而显色指数要通过增加红色成分来改善。     

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。     

高温固相法制备ZnO∶Zn绿色荧光粉及其在近紫外LEDs中的应用研究

采用高温固相法在温度900～1 100 ℃,时间3 h的条件下制备出系列ZnO∶Zn荧光粉样品,并进行了封装应用研究。利用X射线衍射分析(XRD)、场发射扫描电子显微镜(FESEM)、荧光分光光度计(PL)和可见光光谱分析系统等手段对样品分别进行了表征分析。研究结果表明：所制备的荧光粉样品均具有ZnO晶型的六方纤锌矿结构,样品可以有效地被近紫外光激发,所发射的绿光光谱具有宽谱发射特征,峰位于502 nm归属于氧空位发射,同时940 ℃条件下制备的荧光粉样品具有最高的发光强度。结合近紫外LED芯片和RGB荧光粉分别制备出绿光LED和白光LED,其中绿光LED在不同驱动电流(250～500 mA)泵浦下表现出稳定的光谱发射特性,发射光谱谱型和色坐标基本未变,发射强度随电流升高而增加,所制备的白光LED在色温3 212 K时,显色指数达到94.1,发光效率为85.6 lm·W-1(@300 mA,9.3 V),在(250～500 mA)驱动电流泵浦下同时也表现出稳定的光谱发射特性,所制备的ZnO∶Zn绿色荧光粉对于制备高显色、高品质近紫外白光LED具有潜在的应用价值。     

Al_(18)B_4O_(33)∶Cr~(3+)荧光粉的制备及发光性质研究

采用高温固相法合成了Al18B4O33∶Cr3+荧光粉,使用X射线粉末衍射仪和FSEM对样品的结构和形貌进行了表征,采用荧光分光光度计及紫外分光光度计研究了样品的发光性质及光吸收性质。结果表明,在紫外光或530~630 nm可见光激发下,样品能够发射出660~720 nm的红光,两个发射峰分别位于683 nm和694 nm,其最佳激发波长为590 nm。当原料中Al和B的量比为3.5时,样品的发光最强。初步分析了H3BO3的加入对样品发光影响的机理。样品的最佳煅烧温度为1 150℃。随着Cr3+掺杂浓度的升高,样品发光增强,但发光效率降低。样品的漫反射光谱表明,样品对绿光、黄橙光及紫外光有较强的吸收,是一种潜在的优良农用转光剂材料。     

涂敷红、绿荧光粉的白光LED显色性研究

通过蓝光发光二极管(LED)芯片激发红、绿两种荧光粉制作白光LED,首先保持两种荧光粉的配比不变,依次从2700～13000 K改变相关色温,发现在某一色温段时,显色指数达到最高.然后依次改变两种荧光粉的配比,重复试验,发现不同的荧光粉配比,达到最高显色指数所对应的色温段不同.试验结果表明,通过合理匹配红、绿荧光粉和硅胶三者之间的比例.可以实现在2700～13000 K之间的任一色温区,显色指数均能达到90以上,在4000 K以下的低色温区,显色指数可达到96.基于此.通过选择和匹配LED蓝光芯片、荧光粉的激发、发射波长,以及它们之间的比例关系,可以实现在任意色温段使显色指数最大化的白光LED光谱设计.     

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。     

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。     

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...     

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。     

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。     

Study of UV excited white light‐emitting diodes for optimization of luminous efficiency and color rendering index

Wavelength down‐converted white‐light sources excited by near ultraviolet light‐emitting diodes require specific phosphor properties in order to generate high‐quality white light (namely, light with good color rendition and stability of color coordinate). Simulation and experimental results are discussed, with particular emphasis on the spectral distribution property of red phosphor required to realize high values of luminous efficiency and color rendition. A peak wavelength of 610 nm and an FWHM of 80 nm for the spectral power distribution were proposed, and co‐doped phosphate materials were synthesized successfully. This can contribute to a white‐light source with a luminous efficiency of 45 lm/W and color rendering index greater than 90 at a color temperature of 5600 K and an operational current of 20 mA. (© 2009 WILEY‐VCH Verlag GmbH & Co. KGaA, Weinheim)     

结温对DCJTB混合YAG∶Ce3+白光LED光谱特性的影响

研究了结温变化对DCJTB混合YAG∶Ce3+荧光粉的白光LED光谱特性的影响。采用分层点粉的方法,在LED芯片上分层涂覆YAG荧光粉和有机材料DCJTB,可以使器件的显色指数高达90。利用实验室自行研发的一体化LED散热支架可方便准确测量出结温。实验表明：结温升高使蓝光芯片辐射幅值不断下降,YAG荧光粉被激发所辐射的黄光辐射幅值先增大后减小,红光光谱发生蓝移,器件的显色指数呈线性下降,色温先增大后减小。     

双层荧光粉涂覆对COB封装LED出光的影响

为了提高LED出光量，基于传统的荧光粉涂覆设计了一种双层荧光粉涂覆结构。通过对上下涂覆层浓度及上层涂覆量的研究，探究双层涂覆结构对COB封装LED出光的影响。结果表明在通电电流为440 mA时，可在实验中实现15 W的COB封装结构的白光LED:涂覆单一黄色荧光粉，上下层胶粉比为14.2～28且上层涂覆体积为下层的0.8倍时，COB封装LED的光通量为2 179 lm，光效可达145.3 lm/W，显指为63，出光量最大提升为7.82%；荧光粉调整为黄绿粉和红粉的配合使用后，最终实现色温、光效及显指分别为4 854 K、129.7 lm/W和81.2。因此，双层荧光粉涂覆结构可以提高COB封装LED的光学性能，对实际生产有一定的应用价值。