不同封装材料的中功率GaN基LED器件老化分析（英文）

针对中功率蓝光及相应的白光LED器件进行加速老化实验,并具体分析了器件中硅胶和绿红混合荧光粉等封装材料对老化行为的影响和失效机理。在测试器件的光电老化行为之后,利用反射光谱和飞行时间二次离子质谱对失效器件进行了结构分析。结果表明,温度和湿度对蓝光和白光器件老化行为具有不同的影响。对于中功率蓝光LED而言,其光衰的主要原因是由于S、Cl等元素的引入及氧化等因素引起的黄化导致了透明硅胶反射率的下降。而对于绿红混合荧光粉组成的中功率白光LED来说,其光衰和色漂问题主要归结于在高温特别是高湿环境下工作,器件中荧光粉和硅胶等封装材料发生了一些化学反应,使荧光粉发生分解,并引起了荧光转换效率的下降。     

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。     

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.     

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).     

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。     

封装对φ5白光LED寿命的影响研究

为了确定不同封装材料对φ5白光LED光衰的影响程度,对封装用芯片、键合材料、荧光粉、硅胶和环氧树脂进行了对照分析。研究结果表明:芯片质量是关键;键合材料、荧光粉和外封装环氧树脂对光衰的影响相对较弱;使用普通环氧树脂配粉,导致φ5白光LED寿命只有硅胶配粉φ5白光LED寿命的1/7,环氧树脂配粉胶对白光LED寿命的影响非常大。由高质量芯片和高性能的环氧树脂配粉胶封装成的φ5白光LED,在连续工作1200h后,其光衰小于5%。     

白光LED封装材料对其光衰影响的实验研究

为了确定不同封装材料对白光LED光衰等性能指标影响的程度,进行了不同材料支架、不同种类固晶胶,以及不同厂家荧光粉及配粉胶的对比试验。试验发现,使用铜支架比铁支架LED的光效高,在第8周时光衰比铁支架低10％;使用银浆固晶比用环氧树脂寿命长,但初始光通比环氧树脂低近1／3;不同厂家的荧光粉对白光LED光衰的影响程度不同;使用环氧树脂作为配粉胶比用硅胶寿命短,但初始光通量相对高出25％。分析认为,主要是由于不同固晶胶和支架使PN结至支架之间的热阻发生了变化,不同配粉胶在LED封装过程中烘烤温度不一样,以及荧光粉本身具有光衰特性导致了白光LED产生不同程度的光衰。因此,在进行白光LED的封装设计、制造过程中,应根据用户对初始光通量、光衰以及色温漂移等参量的重视程度综合考虑并选择相应的封装材料．     

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。     

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。     

Europium-Activated Orthophosphate Phosphors For Energy-Efficient Solid-State Lighting: A Review

As a new class of inorganic phosphor, orthophosphate phosphors materials have received great interest because of their potential applications in solid-state lightings and displays. In this article, we focus on current developments in the synthesis, crystal structure and luminescence properties of orthophosphate phosphors for solid-state lightings. We discuss the synthesis of a family of orthophosphate phosphor doped with europium (Eu²⁺ and Eu³⁺) by traditional and novel methods. In the fluorescent lamp, phosphor materials convert UV radiation into visible radiation. Lamp phosphors are mostly white in color and they should not absorb the visible radiation. New phosphors that can absorb excitation energy from blue or near ultraviolet (n-UV) LEDs and generate visible emissions efficiently are desired. The criteria of choosing the best phosphors, for blue (450–480 nm) and n-UV (380–400 nm) LEDs, strongly depends on the absorption and emission of the phosphors. Here, we will review the status of phosphors for solid-state lightings and prospect the future development. The impacts of doping of europium and photoluminescence properties on orthophosphate phosphors were investigated and we propose a feasible interpretation.     

InGaN蓝光与CdTe纳米晶基白光LED

报道了倒装焊InGaN蓝光LED与黄光CdTe纳米晶的复合结构。利用蓝光作为CdTe纳米晶的激发源,通过光的下转换机制,将部分蓝光转化为黄光,复合发射出白光。室温下正向驱动电流为10mA时,发光色品坐标为x=0.29,y=0.30。实验表明,该复合结构白光LED的一大优点在于,复合光的色品坐标几乎不随正向驱动电流大小变化,颜色稳定。     

两种荧光粉混合涂覆的白光LED的光谱方程的建立

为了有效地模拟两种荧光粉混合涂覆的白光LED的发光光谱,选用了硅酸盐系列的绿色荧光粉与高显粉系列的红色荧光粉,应用英国Edinburgh FLS920P型荧光光谱仪,对绿色荧光粉与红色荧光粉进行荧光光谱的实验测量,得到绿色荧光粉发射峰在527 nm,红色荧光粉发射峰在641 nm。配置浓度为7%~17%,比例为3∶1~3∶2的样本,共144个,应用杭州远方色谱有限公司的HAAS-2000高精度光谱辐射计测量LED发光光谱,最后处理数据,得到拟合函数,在这些函数的基础上构建出了光谱方程,该光谱方程是模拟两种荧光粉的浓度和比例的系统方法。为了较为准确的预测出两种荧光粉混合后涂覆于蓝光芯片的发光光谱,对于实验中的数据进行了三维曲面拟合,得出荧光粉的浓度与比例和绿修正系数与红修正系数之间的函数关系式。将得出的绿修正系数和红修正系数的函数关系式应用到光谱方程中,得出最终模拟白光LED发光光谱的一种新方法。并且用了两组的模拟光谱图与实验的光谱图进行对比,发现两种光谱图的吻合效果都较为良好。说明这种模拟白光LED的新方法确实可行,且预测的两种荧光粉混合后涂覆于蓝光芯片的发光光谱较为准确。该方法将具体的荧光粉的质量比和浓度与LED的发光光谱图联系了起来,而之前的大多数研究都是将光谱功率分布与LED发光光谱图联系起来,并未涉及到荧光粉的质量比与浓度。在建立了具体的光谱方程之后,可以在没有实验仪器和不做实验的情况下,根据两种荧光粉的质量比,以及与AB胶混合后的浓度直接得出最终的模拟白光光谱,可以摆脱实验仪器以及其他因素的限制。并且为制备具有特定光谱特性的白光LED提供了新思路,具有一定的实用价值。     

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。     

MOCVD生长InGaN/GaN MQW紫光LED

利用LP－MOCVD系统生长了InGaN/GaN MQW紫光LED外延片，双晶X射线衍射测试获得了2级卫星峰，室温光致发光谱的峰值波长为399.5nm，FWHM为15.5nm，波长均匀性良好。制成的LED管芯，正向电流20mA时，工作电压在4V以下。     

Excitation dependent quenching of luminescence in LED phosphors

Droop, the decrease of efficiency with increased power density, became a major topic with InGaN LEDs, after its introduction in 2007. This paper provides insight into droop in localized center luminescence phosphors, exemplified here by Eu²⁺ doped materials. This topic is of increasing importance, as high brightness blue LEDs have reached outputs >1 W/mm². The nonlinearities in phosphor quantum efficiency result in drive‐dependent color point shift and reduction of overall efficiency of phosphor converted white LEDs which utilize Eu²⁺ activated phosphors. The efficiency quenching can be traced back to two processes, well‐known in laser physics, excited state absorption or/and cross relaxation by Foerster/Dexter transfer. Both processes lead to reduction in phosphor efficiency, but they can be differentiated. Understanding the root cause of efficiency quenching opens ways to minimize the practical consequences. (© 2016 WILEY‐VCH Verlag GmbH &Co. KGaA, Weinheim)     

Research on phosphor-conversion laser-based white light used as optical source of VLC and illumination

Visible light communication (VLC) based on light emitting diodes (LEDs) or laser diodes (LDs) has attracted considerable interest in recent years. Due to the advantages of laser diodes based on nitrides, such as small size, high brightness, visible light and high bandwidth, it can be applied to illumination and communication at the same time. In this paper, blue laser and yellow phosphors were employed to synthesize white light. And “efficiency droop” is not observed in the LIV characteristics of LD-based white light either. The bandwidth measurement system with high reliability was set up. The bandwidth of blue laser diode and phosphor-conversion laser-based white light was measured. The maximum of optical ?3 dB bandwidth of blue LD is around 1.8 GHz at 80 mA and maximum of optical ?3 dB bandwidth of white light is about 1.3 GHz at 60 mA. The color parameters of the synthetic white light were characterized through integrating sphere. Moreover the trends of test data with injection current were analyzed in detail. The problem of thermal degradation of yellow phosphors has been improved by a special design that can keep a certain distance between the blue laser diode and phosphors. The experiment results verified that laser diodes based on nitrides have promising applications in lighting and communications.     

White light emitting diodes (LEDs) with good color rendering indices (CRI) and high luminous efficiencies by the encapsulation of mixed and double-deck phosphors

In this paper, white light emitting diodes (LEDs) with good color rendering indices (CRI) and high luminous efficiencies have been fabricated by the encapsulation of mixed and double-deck phosphors. Experimental results revealed that white LEDs with the encapsulation of double-deck phosphors exhibited better CRI and higher luminous efficiencies than those with the encapsulation of mixed phosphors because no secondary excitation took place. The hue, CRI, and luminous efficiencies of white LEDs with double-deck phosphors under 200 mA were CIE_x,y = (0.357, 0.348), 90, and 62.3 lm/W, respectively while the hue, CRI, and luminous efficiencies of white LEDs with mixed phosphors under 200 mA were CIE_x,y = (0.366, 0.354), 89, and 56.5 lm/W, respectively.     

蓝光激发白光LED用深红色荧光粉 Ca1-x-yWO4∶xPr3+, yLi+的制备与表征

用高温固相法合成了用于白光LED的Ca_1-x-yWO₄∶xPr³⁺,yLi⁺ 红色荧光粉。用XRD、SEM和荧光分光光度计,对试样的晶体结构、表面形貌和发光性能进行表征。所合成的样品为四方晶系。经预先球磨的样品颗粒比较均匀,粒径较小。荧光粉的激发峰位于440~500 nm的宽带内,主要发射峰位于602,620,651 nm,对应于Pr³⁺的¹D₂→³H₄、³P₀→³H₆和³P₀→³F₂特征跃迁发射, 651 nm处的强度最大。同时还研究了Pr³⁺、Li⁺的掺杂浓度以及助熔剂的加入对样品性能的影响。实验结果表明,所合成的Ca_1-x-yWO₄∶xPr³⁺,yLi⁺是可用于蓝光芯片激发的白光LED用红色荧光粉。