白光led用白光led的制備及性能研究

白光led用白光led的制備及性能研究

熒光led芯片的制備近年來，氮基發(fā)光器（gan）的光通量、光效率和長度都顯著提高。與傳統(tǒng)光源相比，黑暗能量效率具有長期療效、低能耗和環(huán)境保護等優(yōu)點，并且在節(jié)能光源方面的應用也越來越成熟。目前白光LED制備方法主要是在藍光LED芯片上涂覆YAG(Y3Al5O12)熒光粉,YAG是一種性能非常好的熒光粉,但存在合成溫度高、顯色指數(shù)低、色溫高、用于功率型LED時光衰嚴重等缺點,若要提高顯色指數(shù),就要在熒光粉中添加其他元素以增加光譜中的紅光成分,這會導致熒光粉的發(fā)光效率較低,會減小LED的發(fā)光效率。硅酸鹽熒光粉具有良好的化學穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性、激發(fā)效率、顯色性和寬的激發(fā)帶,使得其應用范圍越來越廣泛,近年來硅酸鹽發(fā)光材料成為研究熱點并已經產業(yè)化。為達到各種性能指標,通常白光LED的熒光粉由幾種混合而成,但熒光粉種類的增加會影響發(fā)光效率并且有的熒光粉之間會發(fā)生化學反應。本文用硅酸鹽黃色和橙色熒光粉配合GaN基藍光LED制作了不同色溫的白光LED,系統(tǒng)研究了白光LED的光譜特性、顯色性和發(fā)光效率的變化,并實現(xiàn)了色溫、顯色指數(shù)和發(fā)光效率的最優(yōu)化,為用硅酸鹽熒光粉制作白光LED提供了實驗依據。1實驗部分1.1聚合物藍色藍色藍色藍色熒光粉硅酸鹽黃色熒光粉,發(fā)射波長570nm,色坐標(0.459,0.519);硅酸鹽橙色熒光粉,發(fā)射波長600nm,色坐標(0.599,0.396),兩種熒光粉的粒徑均為15μm;透明硅膠,折射率為1.54;InGaN/GaN藍光LED芯片,峰值波長445～450nm。1.2led光催化劑的制備和干燥將藍光LED芯片固晶,焊線,將黃色熒光粉和橙色熒光粉按一定比例混合后加入硅膠中均勻攪拌,然后放入BW-ZK777真空機中抽真空,直至熒光粉與硅膠的混合物中無氣泡為止,再用SHOTMASTER300自動點膠機將已抽真空的熒光粉硅膠混合物點到LED芯片上,點膠量為0.003mL,最后烘烤成型。樣品制成后,用浙大三色的LED光電色熱測試系統(tǒng)在25℃環(huán)境下對樣品進行光學特性測試,測試電流350mA。用LED-200T熱臺進行溫度控制,對樣品進行變溫測試,測試電流350mA,溫度范圍10～80℃。表1是不同熒光粉的配比比例樣品在25℃下測試的色溫。2結果與討論2.1藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色藍色熒光粉的實時熒光光譜色溫是指當光源所發(fā)射的光的顏色與黑體在某一溫度下輻射的顏色相同時,黑體的這個溫度就稱為光源的顏色溫度,簡稱色溫。色溫可以分為三組:暖色(<3300K),中間色(3300～5300K),冷色(>5300K)。一般色溫高表示藍綠光的組分多,色溫低表示橙黃光的組分多。圖1是CIE1931色度圖,圖中曲線是黑體輻射曲線,A,B,C點是黃色熒光粉、橙色熒光粉和藍光芯片的色坐標,熒光粉與芯片匹配合適即可得到三角形ABC中的所有顏色?？刂苾煞N熒光粉的比例可以配出直線AB上的任一點D,控制熒光粉用量使樣品的色坐標在直線CD與黑體輻射曲線的交點附近,即可得較純的白光。圖2是不同色溫(即熒光粉配比比例不同)白光LED樣品的電致發(fā)光光譜(EL),從圖中可以看出,不同色溫的光譜中黃光部分的峰值波長不同。2814,3237和4508K的樣品的黃光峰值波長在590nm左右,位于兩種熒光粉的激發(fā)波長之間,而5521,5819和6246K的樣品的黃光峰值波長大約為570nm,與黃色熒光粉的發(fā)射波長相同。這說明當黃粉與橙粉的比例小于7時,黃光部分的峰值是由黃粉和橙粉激發(fā)的光譜疊加而成;而比例大于7時,黃粉的激發(fā)光譜在整個黃光部分占主要,此時橙粉的激發(fā)光譜只是起到補充紅光成分的作用。光譜圖中藍光的峰值沒有大的變化,均為445～450nm。圖3是樣品的顯色指數(shù)和流明效率隨色溫的變化曲線。顯色指數(shù)和流明效率隨色溫的增加先增大,然后減小,在5521K時兩者都達到最大值。當色溫小于5521K時,由于光譜中的紅色成分較多,黃色成分相對少些,導致顯色指數(shù)不高。黃粉與橙粉的比例增加后,光譜中黃色成分增加,顯色指數(shù)升高,在5521K時達到最大,而比例繼續(xù)增加后,紅色成分過少,又會導致顯色指數(shù)的下降。流明效率和顯色指數(shù)表現(xiàn)了相同的變化趨勢,當色溫小于5521K時,熒光粉在硅膠中的濃度大,不能有效的激發(fā),隨著濃度的減小,激發(fā)效率升高,而色溫大于5521K時,熒光粉的濃度變小,有部分藍光沒有被利用,從圖2中的光譜圖也可以看到,高色溫時藍光的能量比較大。2.2俄歇復合系數(shù)wsn圖4是白光LED樣品的流明效率隨溫度的變化曲線。隨溫度的升高,所有樣品的流明效率均下降,其中一個原因是由LED芯片引起的,InGaN/GaNLED的內量子效率(ηi)可表示為ηi=Bn2An+Bn2+Cn3ηi=Bn2An+Bn2+Cn3其中,n為載流子濃度,A,B,C分別表示SRH(間接復合)非輻射復合系數(shù)、輻射復合系數(shù)和俄歇復合系數(shù)。InGaN的能帶是直接躍遷型,所以不必考慮SRH非輻射復合,而溫度升高時,俄歇復合要加強,系數(shù)C會增大,導致內量子效率降低,從外部特性看就是流明效率的降低。對圖4中的數(shù)據線性擬合,發(fā)現(xiàn)2814,3237和4508K的直線斜率在-0.0721和-0.10211之間,而5521,5819和6246K的斜率在-0.11816和-0.1396之間,這說明除了LED芯片隨溫度變化外,不同的熒光粉隨溫度的升高,變化也不一樣。低色溫樣品中橙色熒光粉較多,流明效率隨溫度的變化程度小于高色溫的樣品,說明橙色熒光粉的溫度特性要優(yōu)于黃色熒光粉。3黃粉和橙粉疊加激發(fā)光譜分析用InGaN/GaN藍光LED芯片、黃色和橙色熒光粉制備了白光LED,調整黃粉和橙粉的比例得到不同的色溫。對樣品進行光學測試,發(fā)現(xiàn)黃粉與橙粉的比例小于7時,黃光部分的峰值是由黃粉和橙粉激發(fā)的光譜疊加而成,比例大于7時,黃粉的激發(fā)光譜在整個黃光部分占主要;顯色指數(shù)和流明效率都是隨色溫的增大先上升后下降,5521K時達到最優(yōu)值,這是由于低于5521K時,熒光粉的濃度大導致不能有效激發(fā),光譜中紅色成分過