白光led用紅色熒光粉的研究

白光led用紅色熒光粉的研究

近年來，隨著電動汽車的研究，電動汽車的光效率不斷提高，形成白色晶體的光逐漸被接受。LED具有能耗低、壽命長、安全、環(huán)保等優(yōu)點,作為新一代綠色光源備受關注,并且得到國家政策的大力支持。目前,白光LED照明正在迅速從室外照明發(fā)展到室內(nèi)照明,這也對白光LED光源提出了相應的要求(在一些應用場合需要比較高的顯色指數(shù),而在另一些場合又需要相對低的色溫)。白光LED的顯色性是制約其進入室內(nèi)照明,特別是家居照明、醫(yī)療照明的技術瓶頸。長期以來,人們采用GaN基藍光LED芯片和YAG黃色熒光粉組合來制備冷白光LED(Tc>5000K),其顯色指數(shù)最高也只能達到75左右,但制備暖白光LED(Tc<5000K)時,由于白光LED光譜的不均衡,在技術上難以同時實現(xiàn)低色溫和高顯色性。為了同時實現(xiàn)上述兩種性能,不少研究人員采用了黃粉中摻雜紅粉的技術方案,本文也將采用這種方法進行實驗,來詳細探討不同種類的紅色熒光粉的加入對白光LED色溫和顯色性的影響,并研究YAG和不同的紅色熒光粉的配比對白光LED色溫和顯色性的影響,從而提出較佳的配比方案。1實驗儀器和方法實驗所用的主要材料有:YAG∶Ce3+熒光粉(常熟江南熒光材料有限公司)、Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+和Sr2Si5N8∶Eu2+熒光粉(北京中村宇極科技有限公司)、藍光芯片(武漢迪源光電科技有限公司)、支架(東莞市馳名電子科技有限公司)、透鏡(同上)、硅膠(廣州市德豪電子材料有限公司)。為了確保實驗數(shù)據(jù)的可靠性,分別使用每種配方封裝5顆光源來求平均值進行比較。熒光粉使用遠方PMS-80光譜分析系統(tǒng)進行測試。LED光源的光電參數(shù)使用遠方HAAS-2000高精度快速光譜輻射計進行測試。2結果與討論2.1熒光光譜測試本實驗采用的各種熒光粉的光譜如圖1~圖3所示。氮氧化物和氮化物熒光粉具有較好的穩(wěn)定性、優(yōu)良的色純度、較高的量子效率和非常寬的發(fā)射光譜,所以很適合用于白光LED發(fā)光區(qū)域,尤其是可以改善傳統(tǒng)方法單獨使用YAG制作白光LED造成的弊端。在低色溫高顯色性白光LED的制備過程中普遍采用通過混合紅色熒光粉的方法來改善色溫和顯色性。圖1為本實驗使用的YAG黃色熒光粉光譜圖。激發(fā)光譜峰值波長為465nm,在460nm處也具有非常好的激發(fā)效果,和我們選用的藍光芯片比較匹配。YAG發(fā)射光譜峰值波長552nm。圖2為硅基氮氧化物熒光粉光譜圖。從紫外到藍光區(qū)域內(nèi)都有很強的激發(fā)帶,最適合作為紫外芯片用的熒光粉,但是在本實驗采用的藍光芯片發(fā)光波長460nm處的激發(fā)并不是太強。另外,熒光粉的發(fā)射峰值波長為586nm,光譜同樣覆蓋部分紅光區(qū)域。圖3為氮化物紅粉的光譜圖?？梢钥吹綇淖贤庖恢钡近S光區(qū)域都有比較強的激發(fā)帶,并且在460nm處達到峰值,可知該熒光粉非常適合于GaN基的藍光芯片,并且光譜覆蓋區(qū)域更廣。發(fā)射光譜峰值波長在630nm處的紅光區(qū)域。2.2不同氮化物硝粉的含量對白色室內(nèi)的分辨率和顯色性有影響2.2.1led光效趨勢將封裝好的LED在350mA恒流電源下測試,測試結果如表1和圖4所示。圖4中橫軸數(shù)值分別對應YAG和Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+比值為:1∶0;0.9∶0.1;0.85∶0.15;0.8∶0.2。從圖4中可以看到,隨著Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+含量的增加,LED性能總體的變化趨勢是:色溫先大幅下降再小幅上升,然后又大幅下降,從最高的5868K下降到3504K,總體色溫下降明顯。其原因是:隨著Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+的加入,Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+會吸收部分藍光,造成色溫下降。另外,白光LED顯色指數(shù)先升高后降低,從最低的70.4升高到83.4。這主要是由于Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+的加入會增加白光LED光譜的色域,彌補單獨使用YAG造成的紅光成分相對較少等問題,從而提升顯色指數(shù)。如果加入的Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+過量,會造成LED的發(fā)射光譜中紅光所占比例過多,而綠光和藍光成分過少,顯色指數(shù)下降。隨著Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+的加入,LED光效也出現(xiàn)較大程度的下降,從最高的92.564lm/W下降到最低的70.124lm/W。這主要是由于Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+在460nm處藍光激發(fā)強度比較弱,吸收部分藍光,并且Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+發(fā)光效率比YAG低。2.2.2sr2si5n8eu2+對led色域的影響將封裝好的LED在350mA恒流電源下測試,測試結果如表2和圖5所示。圖5中橫軸數(shù)值分別對應YAG和Sr2Si5N8∶Eu2+比值為:1∶0;0.97∶0.03;0.95∶0.05;0.9∶0.1)。從圖5中可以看到,隨著Sr2Si5N8∶Eu2+含量的增加,LED總體的變化趨勢是:色溫先大幅下降再小幅上升,然后又大幅下降,從最高的5868K下降到3504K,總體色溫下降明顯?？梢婋S著Sr2Si5N8∶Eu2+的加入,Sr2Si5N8∶Eu2+會吸收部分藍光,造成色溫下降。另外,白光LED顯色指數(shù)先升高后降低,從最低的70.4升高到88.2。這主要是由于Sr2Si5N8∶Eu2+的加入會增加白光LED光譜的色域,彌補單獨使用YAG造成的紅光成分相對較少等問題,從而提升顯色指數(shù)。但是,隨著Sr2Si5N8∶Eu2+的加入,LED光效也出現(xiàn)較大程度的下降,從最高的92.564lm/W下降到最低的51.274lm/W。這主要是由于Sr2Si5N8∶Eu2+吸收部分藍光,藍光強度減弱,并且加入的YAG相對減少,黃光成分相應減弱,而且Sr2Si5N8∶Eu2+的發(fā)光效率比YAG低。2.3led最佳加入波長及用量將質(zhì)量比為7∶0.85∶0.15的硅膠、YAG和Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+充分混合,排除氣泡后與藍光芯片封裝成白光LED,并將其與單獨用YAG熒光粉封裝成的白光LED的發(fā)射光譜進行比較。圖6是兩種白光LED在驅動電流為350mA時的發(fā)射光譜。通過比較圖中的兩條曲線可以看出,加入Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+后白光LED的發(fā)射光譜色域更寬,從550nm一直到650nm范圍內(nèi)都具有比較高的發(fā)射強度。由于Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+的加入,吸收更多藍光芯片發(fā)出的在460nm處的藍光,從而在460nm處發(fā)射強度相對較弱,但光譜在藍光區(qū)域峰值不變,這對我們制備低色溫白光LED是有利的;同時還可以看出,由于紅粉的加入,造成YAG相對減少,從而在550nm左右黃光區(qū)域的發(fā)射強度相應下降,光譜隨著往長波長方向發(fā)展。由于紅粉的加入,光譜右移,發(fā)光區(qū)域更廣,強度相比加紅粉之前有很大的提高,這對我們制備高顯色性白光LED是有利的。將質(zhì)量比為7:0.95∶0.05的硅膠、YAG和Sr2Si5N8∶Eu2+充分混合,排除氣泡后與藍光芯片封裝成白光LED,并將其與單獨用YAG熒光粉封裝成的白光LED的發(fā)射光譜進行比較。圖7是兩種白光LED在驅動電流為350mA時的發(fā)射光譜。通過比較圖中的兩條曲線可以看出,與加入峰值波長為586nm的Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+相似,加入峰值波長為630nm的Sr2Si5N8∶Eu2+后,白光LED的發(fā)射光譜色域更寬,從550nm一直到680nm范圍內(nèi)都具有比較高的發(fā)射強度。由于紅粉的加入,吸收更多藍光芯片發(fā)出的在460nm處的藍光,從而在460nm處發(fā)射強度相對較弱,但光譜在藍光區(qū)域峰值不變,這對我們制備低色溫白光LED是有利的;同時還可以看出,由于紅粉的加入,造成YAG相對減少,從而在550nm左右黃光區(qū)域的發(fā)射強度相應下降,光譜隨著往長波長方向發(fā)展。由于紅粉的加入,光譜右移,相比加入Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+,加入Sr2Si5N8∶Eu2+制備的白光LED發(fā)射光譜往長波方向移動得更多、區(qū)域更廣,強度相比加紅粉之前有很大的提高,這對我們制備高顯色性白光LED是有利的。3儀器結果比較本文研究了兩種紅色熒光粉對白光LED色溫和顯色性的影響。從測試結果可以看出:(1)硅膠、YAG和Ba2Al2Si10N14O4∶Eu2+比值為7∶0.85∶0.15時,色溫、顯色性和光效等參數(shù)更具有實用性,此時色溫為4536K、顯色指數(shù)為83.4、光效為73.202lm/W;(2)硅膠、YAG和Sr2S