白光led的發(fā)光光譜研究

白光led的發(fā)光光譜研究

1led光催化劑制備光刻光刻具有體積小、能耗小、發(fā)熱量低、壽命長、環(huán)保、可平面組裝、易用加工的優(yōu)點(diǎn)。它被稱為高品質(zhì)的綠色照明裝置，超越了路燈、紅光和hid燈。早在20世紀(jì)90年代,日本日亞公司就生產(chǎn)出了第1支以GaN藍(lán)光芯片激發(fā)YAG∶Ce3+黃色熒光粉合成白光的LED,但其光譜中缺少紅光成分,顯色性較差,嚴(yán)重制約了其進(jìn)入照明領(lǐng)域的發(fā)展。目前制備白光LED的主流方法是用LED激發(fā)其它發(fā)光材料混合形成白光,即用藍(lán)光LED配合發(fā)黃光熒光粉和發(fā)紅光的熒光粉,或者用藍(lán)光LED配合發(fā)綠光和發(fā)紅光的熒光粉等,因此高效穩(wěn)定的紅色熒光粉在改善其顯色性方面起著重要作用。目前,許多研究組已經(jīng)在增加白光LED光譜中的紅光成分方面做出了一些研究,李盼來、劉麗、丁紅巖等采用離子激活或離子摻雜的方法制備了紅色無機(jī)熒光粉,畢長棟等通過LED激發(fā)紅色有機(jī)材料MPPV的方法提高白光LED的顯色指數(shù)和發(fā)光性能,宋恩海、王進(jìn)、劉沖、翟永清等分別通過制備不同的無機(jī)紅色熒光粉用于提高白光LED的顯色指數(shù),J.S.Kim、P.E.Jeon、J.C.Choi和H.L.ParkPN團(tuán)隊(duì)采用制備出Ba3MgSi2O8∶Eu2+材料作為LED的無機(jī)熒光粉,但該材料制作工藝相對(duì)復(fù)雜,且存在制備過程不易控制等缺點(diǎn)。本文采用將紅色有機(jī)材料MPPV粉膠層和YAG粉膠層進(jìn)行分層點(diǎn)粉的方法,大幅度提高了其顯色指數(shù),并利用當(dāng)今顯色指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算方法對(duì)其進(jìn)行深層次的分析研究。2led器件的制備LED芯片購于武漢迪源光電科技有限公司;MPPV購于西安瑞聯(lián)近代電子材料有限公司,其吸收光譜如圖1所示。無機(jī)熒光粉為彩虹LEDYAGMLY-02D型熒光粉;熒光粉膠和封裝膠分別采用廣州市杰果電子科技有限公司的8866AB硅膠和5212AB硅膠;擴(kuò)晶機(jī)和焊線機(jī)分別采用深圳市三合發(fā)光電設(shè)備有限公司的SH2002型和SH2012型;真空干燥箱為北京科偉永興儀器有限公司的DZF型真空干燥箱。LED樣品制備:先對(duì)芯片進(jìn)行擴(kuò)晶、刺晶,然后在LED支架上點(diǎn)導(dǎo)電銀膠并在烘箱內(nèi)150℃固晶1h、焊接金線以及點(diǎn)熒光粉(先點(diǎn)紅色有機(jī)材料MPPV粉膠層然后在烘箱中50℃固化0.5h,再點(diǎn)YAG粉膠層并在烘箱中50℃固化0.5h),最后安裝塑料透鏡及點(diǎn)密封膠,然后在烘箱中80和120℃條件下各固化1h。其中紅色有機(jī)材料MPPV與YAG粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0、1%、4%和6%。MPPV的吸收譜采用Lambda950UV/VIS/NIRSpectrometerConfigurationandTestCertificate進(jìn)行測(cè)量。器件是在室溫和大氣環(huán)境下采用恒流模式進(jìn)行測(cè)試。LED器件測(cè)試是在室溫下,使用杭州遠(yuǎn)方光電信息公司生產(chǎn)的PMS-50紫外-可見-近紅外光譜分析系統(tǒng)。3光功率譜分布對(duì)色度值的影響圖2為紅色有機(jī)材料MPPV與YAG粉的不同質(zhì)量分?jǐn)?shù)下白光LED樣品的絕對(duì)光譜圖。從圖2可以看出,質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0的樣品中是沒有紅色有機(jī)材料MPPV的,當(dāng)紅色磷光材料從有到無時(shí),藍(lán)光LED芯片的輻射強(qiáng)度出現(xiàn)了衰減,并結(jié)合圖1可知,有機(jī)材料MPPV對(duì)LED芯片輻射的藍(lán)光能量具有較強(qiáng)的吸收效果,并且隨著有機(jī)材料質(zhì)量分?jǐn)?shù)的增加,其吸收越來越強(qiáng)烈,對(duì)應(yīng)的熒光體發(fā)射峰出現(xiàn)了紅移的現(xiàn)象,當(dāng)質(zhì)量分?jǐn)?shù)增大到4%時(shí),熒光體出現(xiàn)了兩個(gè)比較明顯的熒光峰,其中一個(gè)為YAG熒光峰,而另一個(gè)則為MPPV發(fā)光峰,說明MPPV被激發(fā)光了,這是由于能量較高的光子注入到有機(jī)材料MPPV中,同時(shí)MPPV本身具有比較好的電子捕獲能力,使該能量傳遞能夠很有效地進(jìn)行,產(chǎn)生了光致電子轉(zhuǎn)移,從而使MPPV的電子躍遷到較高的能級(jí),并在不同能級(jí)之間產(chǎn)生激發(fā)躍遷,當(dāng)其退激發(fā)時(shí),即電子回到了基態(tài),釋放出能量較低的光子,產(chǎn)生了光致發(fā)光,使得該白光LED的發(fā)光光譜相對(duì)比較飽滿,此時(shí)的顯色指數(shù)高達(dá)88。下面從顯色指數(shù)的計(jì)算方法著手,分析并研究紅光材料在提高白光LED顯色指數(shù)方面所起的作用,計(jì)算顯色指數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)方法,是1965年由CIE制定,1974年修訂的“測(cè)色法”。評(píng)價(jià)時(shí)采用一套14種實(shí)驗(yàn)顏色樣品,根據(jù)在參照光源下和待測(cè)光源下各實(shí)驗(yàn)顏色的色差ΔE,計(jì)算出光源特殊顯色指數(shù):Ri=100?4.6ΔEi(1)Ri=100-4.6ΔEi(1)其中,1~8號(hào)實(shí)驗(yàn)顏色用于一般顯色指數(shù)的計(jì)算:Ra=18∑i=18Ri(2)Ra=18∑i=18Ri(2)光源的一般顯色指數(shù)越高,其顯色性就越好,對(duì)顏色的還原性越好。通常是在已知待測(cè)光源的光功率譜分布的情況下,進(jìn)行顯色性計(jì)算的,其主要步驟如下:(1)根據(jù)待測(cè)光源的光功率譜分布,計(jì)算待測(cè)光源的色度坐標(biāo)xk、yk、uk、vk及相關(guān)色溫Tc,其中:u=4x(12y?2x+3)v=6y12y?2x+3(3)u=4x(12y-2x+3)v=6y12y-2x+3(3)(2)由待測(cè)光源的光功率譜分布和1~14號(hào)實(shí)驗(yàn)顏色的光譜輻亮度因數(shù),計(jì)算待測(cè)光源下1~14號(hào)實(shí)驗(yàn)色的色度坐標(biāo)xk,i、yk,i,并根據(jù)式(3)求相應(yīng)的uk,i、vk,i;(3)根據(jù)Tc選擇參照照明體,查得參照照明體的色度參數(shù)uv、vr、cr、dr,以及在參照照明體下實(shí)驗(yàn)色的顏色空間坐標(biāo)U*r,i、V*r,i、W*r,i;(4)根據(jù)轉(zhuǎn)換式(4),由待測(cè)光源色坐標(biāo)uk、vk,求ck、dk;以及待測(cè)光源下實(shí)驗(yàn)色的色坐標(biāo)uk,i、vk,i,求ck,i、dk,i,并由式(5)計(jì)算實(shí)驗(yàn)色的適應(yīng)色位移uk,i、vk,i:c=1v(4?u?10v)d=1v(1.708v+0.404?1.481u)(4)u′k,i=10.872+0.404crckcr,i?4drdkdr,i16.518+1.481crckcr,i?drdkdr,iv′k,i=5.52016.518+1.481crckcr,i?drdkdr,i(5)c=1v(4-u-10v)d=1v(1.708v+0.404-1.481u)(4)uk,i′=10.872+0.404crckcr,i-4drdkdr,i16.518+1.481crckcr,i-drdkdr,ivk,i′=5.52016.518+1.481crckcr,i-drdkdr,i(5)(5)計(jì)算待測(cè)光源下實(shí)驗(yàn)色的U*k,i、V*k,i和W*k,i:W?k,i=25(Yk,i)13?17U?k,i=13W?k,i(u′k,i?ur)V?k,i=13W?k,i(v′k,i?ur)(6)Wk,i*=25(Yk,i)13-17Uk,i*=13Wk,i*(uk,i′-ur)Vk,i*=13Wk,i*(vk,i′-ur)(6)(6)求U*r,i、V*r,i、W*r,i與U*k,i、V*k,i、W*k,i的色差ΔEi:ΔEi=(U?r,i?U?k,i)2+(V?r,i?V?k,i)2+(W?r,i?W?k,i)2????????????????????????????????????√(7)ΔEi=(Ur,i*-Uk,i*)2+(Vr,i*-Vk,i*)2+(Wr,i*-Wk,i*)2(7)根據(jù)式(1)和(2),由ΔEi得特殊顯色指數(shù)Ri和一般顯色指數(shù)Ra。以上就是用標(biāo)準(zhǔn)方法計(jì)算顯色指數(shù)的主要步驟,即是本文測(cè)試白光LED顯色指數(shù)所采用的方法,從上述理論推導(dǎo)可知既然一般顯色指數(shù)Ra是由1~8號(hào)實(shí)顏色的特殊Ri加權(quán)平均得到的,下面給出紅色有機(jī)材料MPPV與YAG粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為0和4%時(shí)的白光LED樣品(分別用1和2號(hào)樣品代替)的Ri的比較結(jié)果,如表1所示。從表1可以看出,2號(hào)樣品相對(duì)于1號(hào)樣品的Ri除了R3的指數(shù)有較小幅度的下降以外,其它7個(gè)特殊顯色指數(shù)均較大幅度地提高,并從圖2可知,從1~2號(hào)樣品,加入了MPPV粉膠層,整體的輻射強(qiáng)度相對(duì)降低了,但出現(xiàn)了紅光波峰,所以在晝光下的色貌帶有紅光成分的特殊顯色指數(shù)就會(huì)提高,即R1、R8升高了。從樣品1~2,雖然整體的輻射強(qiáng)度降低了,但是在晝光下的色貌為帶暗灰的黃色、適中黃的綠色、帶淺藍(lán)的綠色、淺藍(lán)色、淺紫羅藍(lán)色的光相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)光源的色差ΔEi降低了,從式(1)可知,它們對(duì)應(yīng)的特殊顯色指數(shù)卻升高了,即R2、R4、R5、R6和R7提高了。4高顯色紫外光led通過調(diào)節(jié)有機(jī)材料MPPV和YAG熒光粉的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比,采用先點(diǎn)1層MPPV粉膠層,然后再點(diǎn)1層YAG粉膠層的分層