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).     

Ce∶YAG荧光陶瓷封装白光LED的出光特性分析

利用ASAP光学分析软件,对Ce3+∶YAG荧光陶瓷封装白光LED的出光特性进行了模拟分析。结果表明,当Ce3+∶YAG荧光陶瓷掺杂浓度一定时,随着荧光陶瓷厚度的增加,LED的光效呈现出先增大后减小的趋势,其相关色温值则一直减小直至稳定在低色温,色坐标值将持续增大,在CIE图中移向黄色区域;荧光陶瓷的厚度存在最佳值,使得LED光效达到最大值,且随着荧光陶瓷掺杂浓度的增加,最佳封装厚度减小。随着陶瓷基片封装距离的增加,合成白光的光通量、光效和色坐标均逐渐增加,而色温值则逐渐减小,致使LED发光相对偏暖。     

铈掺杂钆镓铝石榴石相玻璃陶瓷的光学及光谱参数

根据X射线衍射图谱对铈掺杂的钆镓铝石榴石相玻璃陶瓷的晶体结构进行分析,采用直径10英寸积分球结合CCD(charge coupled device)探测器系统,对蓝色半导体发光二极管激发下铈掺杂钆镓铝石榴石相玻璃陶瓷的荧光光谱进行测试,解析出样品发光的绝对光谱功率分布,推导出光量子数分布,求得荧光量子产率和组合白光的色坐标及其相关色温。结果表明,所调查的铈掺杂钆镓铝石榴石相玻璃陶瓷在蓝光LED激发下的荧光量子产率为29.2%,所获得组合白光的色坐标x=0.319,y=0.349,相关色温为6 086K。尽管该混晶陶瓷的荧光量子产率稍小于铈掺杂YAG玻璃陶瓷,但其与蓝光LED组合后发光的色温也明显低于后者,从而为舒适型LED照明玻璃陶瓷的进一步优化提供了新思路。     

红、绿CdSe@ZnS量子点配比对三波段标准白光LED器件的影响

将一步法合成的具有梯度合金结构的红光、绿光CdSe@ZnS量子点与硅胶均匀混合后,作为光转换层涂覆到蓝色InGaN LED芯片上,制备了不含荧光材料的三波段白光LED器件。研究了峰值为650 nm和550 nm的高效率红、绿量子点在硅胶中的含量及配比对白光LED色坐标以及效率的影响。结果表明,当红、绿量子点配比为2：3时,可得到发射纯正白光的QDs-LED器件,色坐标为（0.322 8,0.335 9）、色温为5 725 K,功率效率为26.61 lm/W,显色指数为72.7。光谱中红、蓝、绿三色发光峰的半高宽分别为30,25,38 nm,表明器件具有很好的单色性和高色纯度。     

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。     

共晶芯片数及芯片位置对陶瓷共晶封装LED发光性能的影响EI北大核心CSCD

在大小为5.80 mm×2.55 mm×0.50 mm的8芯陶瓷封装基板上分别共晶了8颗和4颗1.125 mm×1.125 mm(45 mil×45 mil)的倒装蓝光LED芯片,在4.15 mm×2.55 mm×0.50 mm的6芯基板上共晶了6颗和3颗同规格芯片。在部分样品芯片侧边涂围了高反射白墙胶,研究了涂覆白墙胶对器件光功率的影响。在部分涂围了白墙胶样品的芯片顶面涂覆荧光粉硅胶混合层制备了白光器件,研究了共晶芯片数及共晶位置对蓝光/白光器件光功率、光通量和色温的影响。结果表明,共晶芯片的数量(额定功率)与陶瓷基板面积的匹配程度、陶瓷基板热电分离金属层与芯片共晶位置的匹配度会显著影响陶瓷封装LED的发光性能。     

LED芯片与YAG荧光粉的相互热作用

大功率白光LED作为新一代照明光源的优势越来越明显,但其光衰机制综合了YAG荧光粉、LED芯片以及封装散热多重因素,衰减机理复杂。为研究LED芯片与荧光胶的相互热影响,基于蓝光LED器件基板温度可控实现蓝光LED器件温度稳定,并通过外部加热(以此作为LED热量作用于荧光胶)的方式控制荧光胶、荧光粉、硅胶的温度。重点研究了温度从27℃升高到220℃对三者光衰、主波长特性的影响。对荧光胶与LED芯片的近距离相互热影响进行了测试,结果表明荧光粉涂覆量会引起光功率的降低,而且随着光功率的降低,LED芯片结温呈现指数升高。实验证明荧光胶层与LED芯片是一个相互影响的复合热源模型。     

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。     

使用荧光颜料实现白光LED的研究

研究了利用荧光颜料和InGaN蓝光芯片制成掺杂LED,根据光转换原理,得到白光LED的可能。文章首先对比了普通方法和二次点胶法封装的LED,表明二次点胶法工艺复杂,封装的LED亮度低,不适合LED的制造。其次对普通方法封装的1/1/100,1/1/200,2/1.5/100等不同重量比的ax-17/zq-13/AB胶有机LED实验,发现2/1.5/100的有机LED色坐标(0.32, 0.30),接近等能白光点,相关色温6 290 K,接近日光,是一种比较理想的白光源。     

CaAlSiN_3∶Eu~(2+)荧光粉掺杂PC透光罩的制备及其在植物灯中的应用

为了实现传统白光LED光源与植物照明用光源之间的快速转换,采用高温熔融造粒的方式制备了不同质量分数CaAlSiN_3∶Eu~(2+)(CASN∶Eu~(2+))掺杂的荧光聚碳酸酯(PC)透光罩,并进行了结构和光学分析。制备了荧光PC透光罩配备的T8型LED灯管,测试了其EL光谱、相关光学性质以及对于生菜的种植效果。结果表明,CASN∶Eu~(2+)荧光粉在掺杂过程中性质稳定,该灯管随着配备的透光罩的荧光粉掺杂浓度的提高,相对应的WLED的色坐标从(0.3272,0.3467)变化到(0.3895,0.3824),色温从5757K下降到3807K,显色指数从70.3上升到77.6,但光效略有减弱。配备了荧光粉质量分数为4‰透光罩的T8型白光LED灯管的光质更适合生菜生长。     

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.     

超高显色指数和色温可调的LED白光照明光源研究

采用Ohno等提出的发光二极管(LED)发光光谱数学模型,计算LED芯片的发光光谱,并基于光谱叠加性原理,研究多芯片光源的混光特性。实验中用蓝光LED激发涂覆其上的绿橙双色荧光粉获得暖白光,与红、青、蓝三种LED光源混光。通过控制模块发送指令到脉宽调制(PWM)驱动电路分别调节各个LED的驱动电流占空比,从而控制4种LED的光通量及其配比,实现色温在2700 K~6500 K范围内连续可调。在宽色温范围内,获得超高的显色指数,Ra在95~98之间,全部特殊显色指数(R1~R15)都在90以上、辐射发光效率(LER)在286~336 lm/W之间的白光LED光源。实验测量与计算模拟结果的一致性很好。     

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%.     

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。     

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。     

导致单管型白光发光二极管快速光衰的实验研究

很多国内封装的单管(Lamp)型白光发光二极管(LED)半光衰时间往往较短,这与大功率白光LED有很大不同.为了找出导致单管型白光LED快速光衰的真正原因,在分析国内外研究现状的基础上,对不同老化时期的白光LED样品进行解剖,并对封装内部结构材质的变化进行分析.实验发现两种现象,一是有些封装体内固晶胶产生黄变,二是有些蓝光芯片上表面会形成一层深黄色薄膜.去除黄变的固晶胶,或者清洗掉芯片上表面的薄膜后重新封装,白光LED光通量均会有较大提高.荧光粉胶体和固晶胶与蓝光芯片直接接触,并对其完全包围,这两种胶体材料的变性老化对单管型白光LED的光衰有直接重要的影响.     

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。     

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。     

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。     

Tm3+/Tb3+/Eu3+掺杂硼酸盐玻璃陶瓷的 能量转换和发光性能

为获得单一基质的白光发射材料,采用熔融析晶法制备了Tm~(3+)/Tb~(3+)/Eu~(3+)掺杂的硼酸盐玻璃陶瓷。采用XRD、TEM、紫外-可见分光光度计和荧光分光光度计对样品的结构、光谱特性和发光性能进行表征。实验结果表明:玻璃经(500℃+2 h)+(550℃+2 h)热处理后析出单一晶相BaAlBO_3F_2。在363 nm激发下,单掺Tm~(3+)、Tb~(3+)、Eu~(3+)的样品分别发出蓝光、绿光、红光。与玻璃样品相比,玻璃陶瓷样品的发光强度明显增加。通过改变Eu~(3+)离子浓度,玻璃陶瓷样品的色坐标由(0.291 8,0.331 1)变化为(0.388 1,0.338 2)。当Tm~(3+)、Tb~(3+)、Eu~(3+)的浓度分别为0.4%、0.8%和0.2%时,玻璃陶瓷样品的色坐标(0.333 9,0.335 7)和色温(5 427.92 K)与标准白光(0.333 3,0.333 3;5 454.12 K)极为接近。荧光光谱和荧光衰减结果证实,样品中存在Tm~(3+)→Eu~(3+)和Tb~(3+)→Eu~(3+)的能量传递。制备的玻璃陶瓷材料有望用于白光LED及其他光学显示器件。