影響顯色性能因素的研究

1、關(guān)于影響顯色性能因素的研究第1頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三目 錄1 LED緒論2 實驗儀器設(shè)備介紹3 實驗研究與結(jié)果分析第2頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三1 LED緒論 目前世界正開始全面向低碳時代轉(zhuǎn)型，LED作為新型固體照明，具有較高的發(fā)光效率，對于照明節(jié)能來說，具有重大意義。相比傳統(tǒng)照明，LED除了節(jié)能60%外，還擁有長壽命、耗電低、易集成、快響應(yīng)、利環(huán)保、光分布易于控制、色彩豐富、無污染等優(yōu)勢。第3頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED產(chǎn)業(yè)的市場前景LED顯示屏中大尺寸、小尺寸背光源第4頁，共26頁，20

2、22年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED產(chǎn)業(yè)的市場前景汽車車燈 室內(nèi)裝飾燈第5頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED產(chǎn)業(yè)的市場前景景觀照明通用照明第6頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED的發(fā)光原理與基本結(jié)構(gòu)發(fā)光原理 在常態(tài)下，PN結(jié)由于其內(nèi)部電壓構(gòu)成一定的勢壘，在PN結(jié)內(nèi)部電子和空穴不能發(fā)生自然復(fù)合，而當(dāng)給PN結(jié)加以正向偏置電壓時，由于外加電場方向與勢壘區(qū)的自建電場方向相反，因此勢壘高度降低，勢壘區(qū)寬度變窄，破壞了PN結(jié)動態(tài)平衡，于是P區(qū)和N區(qū)的多數(shù)載流子向?qū)Ψ絽^(qū)域擴(kuò)散。而電子的遷移率比空穴遷移率大很多，因此宏觀上出現(xiàn)大量的電子向P區(qū)

3、擴(kuò)散，構(gòu)成對P區(qū)的少數(shù)載流子的注入。當(dāng)這些電子與價帶上的空穴產(chǎn)生復(fù)合，復(fù)合時得到的能量就以光能的形式釋放。第7頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三 LED的基本結(jié)構(gòu) LED芯片被固定在導(dǎo)電、導(dǎo)熱的帶兩根引線的金屬支架上，有反射杯(或反光碗)的引線為陰級，另外一根引線為陽級。芯片外圍封以環(huán)氧樹脂(帽)，一方面可以保護(hù)芯片，另一方面起(透鏡)聚光作用。LED的兩根引線不一樣長時，其中較長的一根為陽極。如果LED的兩根引線一樣長，通常在管殼上有一凸起的小舌，靠近小舌的引線則是陽級。LED的發(fā)光原理與基本結(jié)構(gòu)第8頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED的主

4、要特點(diǎn)工作壽命長：LED作為一種導(dǎo)體固體發(fā)光器件，較之其他發(fā)光器具有更長的工作壽命。其亮度半衰期通?？蛇_(dá)到十萬小時。耗電低：LED是一種低壓工作器件，在低電壓(1.5-2.5V)、小電流(5-30mA)的條件下工作，即可獲得足夠高的亮度。因此在同等亮度下，耗電最小，可大量低能耗。響應(yīng)時間快：LED一般可在幾十毫秒(ns)內(nèi)響應(yīng)，高頻特性好，能顯示脈沖信息，因此是一種高速器件，這也是其他光源望塵莫及的。體積小，重量輕、耐抗擊：這是半導(dǎo)體固體器件的固有特點(diǎn)。彩LED可制作各類清晰精致的顯示器件。易于調(diào)光、調(diào)色、可控性大：LED作為一種發(fā)光器件，可以通過流過電流的變化控制亮度，也可通過不同波長LED

5、的配置實現(xiàn)色彩的變化與調(diào)節(jié)。目前大屏幕的彩色顯示屏非LED莫屬。用LED制作的光源不存在諸如水銀、鉛等環(huán)境污染物，不會污染環(huán)境。防震動及抗沖擊穿性能好，使用靈活，根據(jù)需要可制成數(shù)碼管、字符管、電平顯示器、點(diǎn)陣顯示器、固體發(fā)光板、LED平極型電視屏等。容易與數(shù)字集成電路匹配。第9頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED的顯色指數(shù)顯色指數(shù) 顯色性是指光源發(fā)出的光照射到物體上所產(chǎn)生的客觀效果和對物體真實色彩的顯現(xiàn)程度，是評價照明光源的一個重要指標(biāo)。如果光源發(fā)出的光中所含的各色光的比例和自然光相近，則人眼看到的顏色就較為逼真。光源的光譜分布決定光源的顯色性，光源的顯色性影響人眼

6、觀察物體的顏色，對光源顯色性進(jìn)行定量評價是評價光源質(zhì)量的一個重要方面。顯色指數(shù)為目前定義光源顯色性評價的普遍方法。白光LED的顯色指數(shù) 一般白光LED的顯色指數(shù)為70，與熒光燈大致相同，白熾燈色LED的顯色指數(shù)為80，目前還達(dá)不到白熾燈的水平。但近來開發(fā)出的短波長和RGB三基色熒光粉結(jié)合的LED，其平均顯色指數(shù)已達(dá)到90，且相應(yīng)的產(chǎn)品也開始銷售，因此今后會有更大的改進(jìn)。第10頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED白光的實現(xiàn)方法藍(lán)光LED+不同色光熒光粉 由藍(lán)光LED激發(fā)涂布在其上方的黃色YAG熒光粉，熒光粉被激發(fā)后產(chǎn)生的黃光與原先用于激發(fā)的藍(lán)光互補(bǔ)而產(chǎn)生白光。第11頁

7、，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED白光的實現(xiàn)方法紫外或紫光(300-400nm)LED+R.G.B熒光粉 紫外光LED配上三色R.G.B色熒光粉提供了另一個研發(fā)方向，其方法主要是利用實際上不參與配出白光的紫外光LED激發(fā)R.G.B三色熒光粉，由三色熒光粉發(fā)出的三色光配成白光。R.G.B三種LED混合成白光 將R.G.B三基色LED組成一個像素可得到白光，利用三基色LED直接封裝成白光LED的方法最早用于制成白光LED的方式，其優(yōu)點(diǎn)是不需要經(jīng)過熒光粉的轉(zhuǎn)換，由R.G.B三基色LED直接配成白光，除了可避免因為熒光粉轉(zhuǎn)換的損失而得到較佳的發(fā)光效率外，更可以由分開控制R.

8、G.B三基色LED的發(fā)光強(qiáng)度，達(dá)成全彩的變色效果(可變色溫)，并可由LED波長及強(qiáng)度的選擇得到較佳的演色性。第12頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三LED白光的實現(xiàn)方法本研究使用的產(chǎn)生LED白光的方法 本研究采用的是藍(lán)光LED芯片+黃色YAG熒光粉產(chǎn)生白光，由于這種方法產(chǎn)生的白光中紅光的成分很少，所以顯色指數(shù)較低，要想提高白光LED的顯色指數(shù)，就必須增加光譜中的紅光成分。因此，本研究首先通過在YAG黃色熒光粉中添加一定比例的紅色熒光粉有機(jī)磷光材料Ru(dtb-bpy)32(PF6)，研究顯色指數(shù)的變化，旨在提高藍(lán)光LED芯片+YAG黃色熒光粉產(chǎn)生白光這種封裝方式的顯色指

9、數(shù)。第13頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三2 實驗儀器設(shè)備介紹積分球 LED在積分球中心或邊界點(diǎn)亮，光線在內(nèi)部被均勻反射與漫射，在球面上形成均勻的光強(qiáng)分布，最后從輸出孔射出，輸出孔得到的是均勻的漫射光束，其光強(qiáng)和光束均勻度不受入射光的角度、空間分布以及極性的影響。 因光線經(jīng)積分球內(nèi)部射出，所以積分球也可看做是光強(qiáng)度衰減器，其射出和射入光強(qiáng)之比約為：射出孔面積/積分球內(nèi)部表面積。第14頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三2 實驗儀器設(shè)備介紹PMS-50紫外-可見-近紅外光譜分析系統(tǒng) PMS-50是應(yīng)用最為廣泛的單單色儀光譜儀?！癙MS-50+單只標(biāo)

10、準(zhǔn)燈”實現(xiàn)從0.1lm200，000lm全動態(tài)范圍內(nèi)0.3%線性的光譜法光譜測量，解決迷你珠泡、節(jié)能燈、普通熒光燈、鹵鎢燈、HID燈、無極燈以及單顆LED、LED模塊、LED日光燈條、LED顯示屏等所有電光源（配不同積分球）的相對光譜輻射功率、色品坐標(biāo)、色溫、顯色指數(shù)、色容差、峰值波長、主波長、平均波長、色純度、紅色比、半寬度、光通量、光輻射功率、溫度、電壓、電流、功率等參數(shù)的測量。第15頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三2 實驗儀器設(shè)備介紹SH2012超聲金絲球焊機(jī) 超聲金絲球焊線機(jī)主要應(yīng)用于大功率發(fā)光二極管(LED)、激光管(激光)、中小型功率二極管、三極管、集成電

11、路、傳感器和一些特殊半導(dǎo)體器件的內(nèi)引線焊接，特別適于大功率發(fā)光管的焊接。第16頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三SH2012超聲金絲球焊機(jī) 焊接原理 SH2012超聲金絲球焊機(jī)利用超聲波摩擦原理來實現(xiàn)不同介質(zhì)的表面焊接，是一種物理變化過程。首先金絲的首端必須經(jīng)過處理形成球形(本機(jī)采用負(fù)電子高壓成球)，并且對焊接的金屬表面先進(jìn)行預(yù)熱處理；接著金絲球在時間和壓力的共同作用下，在金屬焊接表面產(chǎn)生朔性變形，使兩種介質(zhì)達(dá)到可靠的接觸，并通過超聲波摩擦振動，兩種金屬原子之間在原子親和力的作用下形成金屬鍵，實現(xiàn)了金絲引線的焊接。金絲球焊在電性能和環(huán)境應(yīng)用上優(yōu)于硅鋁絲的焊接，但由于用貴

12、金屬的焊件必須加溫，應(yīng)用范圍相對比較窄。第17頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三其他實驗設(shè)備LED專用精密光電烤箱DZF型真空干燥箱電子天平擴(kuò)晶機(jī)第18頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三3 實驗研究與結(jié)果分析鋁板的制作 首先裁剪出尺寸為50mm50mm5mm的鋁板，然后對其進(jìn)行打磨、打孔，孔的深度是固定的，因為后面的點(diǎn)粉點(diǎn)膠的量是固定的，而且要填滿整個孔。然后依次進(jìn)行堿洗1-3分鐘、酸洗3-5分鐘，最后進(jìn)行一個小時的鋁陽極氧化實驗，即可獲得表面覆有厚度大約為20微米的氧化膜的鋁板。因為后面的要求凹槽內(nèi)部是絕緣的，否則導(dǎo)電的話，兩個電極之間就會短路

13、，就不能點(diǎn)亮LED燈。采用表面覆有一層氧化膜的鋁板作為LED的支架，不僅改善了芯片的散熱，而且提高了良品率。第19頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三3 實驗研究與結(jié)果分析白光LED的制作過程 首先對LED芯片進(jìn)行擴(kuò)晶、刺晶，然后在制作好表面覆有氧化膜的鋁板上點(diǎn)上銀點(diǎn)膠并固晶和貼電極，固化條件為在干燥箱中150固化一個小時；然后進(jìn)行焊接金線，焊接條件為150；接著進(jìn)行點(diǎn)粉，點(diǎn)粉時在黃色YAG熒光粉中混入混合比例分別為1%、1.25%、1.5%、2%、2.5%、4%、10%的紅色熒光粉，點(diǎn)粉后的固化條件為在干燥箱中50固化半個小時；最后是灌入封裝膠，封裝膠的固化條件是在干燥

14、箱中120固化一個小時。第20頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三實驗結(jié)果不同紅色熒光粉混合比例下的白光LED顯色指數(shù)第21頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三實驗結(jié)果在實驗中，通過改變不同的熒光粉比例，研究對白光LED的顯色指數(shù)的影響，根據(jù)實驗結(jié)果可繪制出如表3-1所示的，紅色熒光粉在黃色YAG熒光粉中的混入比例從1%到10%不等的表格。由表可以看出，基本上隨著紅色熒光粉對于黃色YAG熒光粉的混合比例的增大，白光LED的顯色指數(shù)越來越大，當(dāng)混合比例大約增大到1.5%時，白色LED的顯色指數(shù)達(dá)到最大為83.2，當(dāng)混合比例繼續(xù)增大時，白色LED的顯示指

15、數(shù)又明顯下降。第22頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三實驗結(jié)果結(jié)果分析 圖為在傳統(tǒng)白光LED的黃色YAG熒光粉中混入不同比例的紅色熒光粉時的相對光譜。由圖可知，LED光譜中有兩個比較明顯的波峰，一個是藍(lán)光LED的輻射波峰位于450nm處，另一個輻射波峰位于550600nm附近?？梢钥闯?，在黃色YAG熒光粉中混入紅色熒光粉時，其對450nm藍(lán)光的吸收明顯比不混入紅色熒光粉時多，而且隨著紅色熒光粉的混合比例的增大，藍(lán)光的成分越來越少，第一個波峰的幅值越來越小，第二個輻射波峰的位置逐漸右移。第23頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三結(jié)果分析這說明紅色熒光

16、粉不僅能被LED芯片輻射的藍(lán)光激發(fā)，產(chǎn)生出紅光，而且隨著紅色熒光粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增大，對藍(lán)光的吸收也逐漸增多，使最終輻射出的LED白光光譜中藍(lán)光成分越來越弱，而相應(yīng)的光譜中紅光輻射則會越來越強(qiáng)。所以通過調(diào)節(jié)紅色熒光粉的混合比例，可以改變白色LED的輻射光譜中能量的分配比例，從而可以改變白色LED的顯色指數(shù)。當(dāng)紅色熒光粉開始增加時，藍(lán)光的吸收量明顯增加，藍(lán)光的成分減少，相應(yīng)的紅光的成分逐漸增多，白色LED光譜中藍(lán)光成分減少，紅光成分增多，所以顯色指數(shù)增大；當(dāng)紅色熒光粉繼續(xù)增多時，藍(lán)光的吸收量略微減少，但紅光成分還在增多，所以顯色指數(shù)繼續(xù)增大；當(dāng)紅色熒光粉混合比例增大到1.5%時，藍(lán)光與紅光的成分達(dá)到較為符合白光的比例，顯色指數(shù)達(dá)到最大為83.2；然而當(dāng)紅色熒光粉的混合比例繼續(xù)增大時，對藍(lán)光的吸收能力也持續(xù)增強(qiáng)，吸收了絕大部分藍(lán)光，使藍(lán)光的成分減少過多，使得最終產(chǎn)生的白光LED中藍(lán)光成分過少，這時的白光LED的顯色指數(shù)就相應(yīng)降低。就如同實驗中的紅色熒光粉的10%的混合比例，對藍(lán)光的吸收能力最強(qiáng)，白色LED光譜中的藍(lán)光成分最少，所以顯色指數(shù)同樣的很低。第24頁，共26頁，2022年，5月20日，14點(diǎn)46分，星期三結(jié)果分析結(jié)論