[建筑]白光LED色度特性研究.doc

本文由jiajiao868贡献 pdf文档可能在WAP端浏览体验不佳。建议您优先选择TXT，或下载源文件到本机查看。 第 17 卷 第 7 期 2006 年 7 月 J our nal of Optoelect ronics ?L aser Vol. 17 No . 7 ul. 2006 J 光 电 子 ?激 光 研究简报 ? pho sphor. The re sult s show that the pho sphor coating La 2 O3 ha s a higher initial intensity than that with Al2 O3 ,and the white L EDs are stable in optical lo ss and color. Key words :optical lo ss ; chrominance ; white light emitting diode (LED) ; Y AG:Ce 3 + pho spor ; coating 1 引 言 发光二极管 (L ED) 是一种新型固体源 ,与白炽灯 和荧光灯等传统的光源相比 ,它具有低能耗 、 长寿命 、 结构紧凑 、 体积小 、 平面化 、 重量轻 、 方向性好 、 响应 快、 无辐射 、 无污染和耐各种恶劣条件等优点 ,被称为 继白炽灯 、 荧光灯和高压气体放电灯后的第 4 代绿色 1 光源 ,因此受到极大关注 。目前 ,采用 In GaN 芯片 涂敷黄色荧光粉所形成的白光 L ED 已经进入了特殊 照明领域 2 ,3 , 但是 , 发现它还存在着不尽人意的光 衰问题 4 ,5 。本文就此问题开展了研究 , 对荧光粉进 行了包膜处理 6 ,7 ,改善了白光 L ED 的光学性能 。 2 实 验 2. 1 实验药品和仪器 异丙醇铝 , 双蒸水 , HNO3 ,La ( NO3 ) 3 ?6 H2 O , 收稿日期 :2005210220 修订日期 :2006203212 3 基金项目 : 山东省科技攻关资助项目 ( SDSP200520410204) ; 青岛市科技资助项目 (04232 GX233) 3 3 E2mail :wjing ouc. edu. cn 白光 L ED 色度特性研究 3 王 3 3 , 王 , 陈静波 , 吴常玉 晶 进 光学稳定性 。 ( 中国海洋大学信息科学与工程学院 ,山东 青岛 266071) 摘要 : 为了解决白光发光二极管 (L ED) 光衰问题 ,采用包膜技术对 YA G:Ce3 + 荧光粉进行了实验 。分别 用 Al 2 O 3 和 La 2 O 3 对 YA G:Ce3 + 荧光粉包覆 ,然后封装成白光 L ED 。实验结果表明 :La 2 O 3 较 Al 2 O 3 包 覆的 YA G:Ce3 + 荧光粉初始光强强 ; 包膜后的白光 L ED 的光衰和光色变化都非常缓慢 , 表现出良好的 关键词 : 光衰 ; 色度 ; 白光发光二极管 (L ED) ; YA G:Ce3 + 荧光粉 ; 色膜 中图分类号 : TN312 + . 8 文献标识码 :A 文章编号 :100520086 (2006) 0720899203 Study on Chrominance Property of White L EDs WAN G J ing 3 3 ( Instit ute of Info rmation Science and Engineering ,Ocean U niversity of China ,Qingdao 266071 ,China) Abstract : To solve the pro blem on optical lo ss of white light emitting diode ( L ED ) , the Y AG:Ce 3 + pho sphor wa s coated with Al2 O3 and La 2 O3 and white LED wa s made with the , WAN G J in , C H EN J ing2bo , WU Chang2yu 氨水 ; 烧瓶 ,冷凝管 ,可调电热套 ,超声波清洗机 ,抽滤 瓶 ,烧杯 , 滤纸 , 马福炉 , PR2650 光谱光度/ 色度计 , 2. 2 实验方法 RF25301 荧光分光光度计 。 采用 2 种方法对 YA G:Ce3 + 荧光粉进行包膜 ,具 ) 溶胶2凝胶法包 Al 2 O3 : 取异丙醇铝 20 g 、 1 水 体为 : 120 mL , 混和配成异丙醇铝悬浊液 , 然后滴入几滴 HNO3 ,将异丙醇铝的悬浊液在 60 下搅拌 50 min , 再将盛有异丙醇铝悬浊液的烧瓶置于恒温于 120 的电热套上煮沸 15 h , 同时在烧瓶上加装冷凝管进 行水浴冷却 。煮沸后形成稍浑浊的液体 ,加入 YA G: Ce3 + 荧光粉 42 g ,加热至沸腾继续搅拌 10 min , 将黄 色胶状物一部分放入抽滤瓶进行抽滤 ,过滤掉胶状物 中过量的异丙醇铝 ,放入烘箱 100 下烘干 12 h 。烘 900 ? 光 电 子 3+ 2006 年 17 卷 第 ?激 光 干后的黄色颗粒经过研磨 、 过筛 , 即得到 Al 2 O3 包膜 的 YA G:Ce 荧光粉 。 2 ) 水 解 法 包 La ( NO3 ) 3 ?6 H2 O : 取 25 g La ( NO3 ) 3 ? H2 O 、 mL 蒸馏水 , 配成 1 mol ? - 1 的 6 57 L 溶液 ,加入 YA G: Ce 3+ La2 O3 是优于 Al 2 O3 的包膜材料 。 3. 2 ED 光衰实验 L Al 2 O3 、 2 O3 包膜荧光粉和未包膜荧光粉分 将 La 别封装了 3 批 L ED ,使用稳压电源 ,在 20 mA 驱动电 流下连续工作 , 间隔一定时间用 PR2650 光谱光度/ 色度计测量 L ED 的色坐标 、 发光强度和光通量等参 数 ,并取平均值 ,使用 Easyplot 作图 ,见图 2 示 。 图 2 ED 发光强度和光通量的衰减趋势 L Fig. 2 Attenuation of luminous intensity and luminous flux of the L ED 荧光粉 34 g ,搅拌均匀后放入 超声波清洗机中在 60 和超声波作用下浸积 50 min ,过滤 。将滤出的吸附有 La3 + 的荧光粉加入稀氨 水中轻轻搅拌使荧光粉表面的 La3 + 全部水解 , 并以 氢氧化物的形式包于荧光粉表面 ,抽滤 、 洗涤和干燥 , 将荧光粉置入马福炉中在 600 和碳还原气氛下烧 结 30 min , 烧 结 产 物 经 研 磨 、 筛 后 得 到 包 覆 有 过 La2 O3 的荧光粉 。 ) 白光 L ED 封装 : 首先在 In GaN 芯片上涂敷 3 非常薄的 AB 胶 ,然后取一定比例的 YA G 荧光粉与 AB 胶混合物涂敷在上面 , 最后采用传统方法灌胶 、 固化 ,完成白光 L ED 封装 。 3 实验结果与分析 3. 1 荧光强度的变化 从图不难看出 , 包膜后的荧光粉荧光谱峰位置 ( 550 nm) 并没有变化 , 只是荧光强度较未包膜的荧 光粉有一定程度的下降 。这是由于包膜后发光中心 Ce3 + 处于晶体内部 , 影响了其对激发光的吸收和荧 光的出 射 。同 时 , 包 覆 La2 O3 膜 的 荧 光 粉 较 包 覆 Al 2 O3 膜的 荧 光 粉 荧 光 强 度 下 降 较 小 , 这 是 因 为 La3 + 结构和 Ce3 + 比较接近 , 基本上没有破坏 YA G: Ce3 + 的 晶 状 结 构 , 使 其 发 光 性 能 下 降 不 大 , 表 明 使用 RF25301 荧光分光光度计测量 YA G: Ce3 + 荧光粉的发射光谱 。用 460 nm 的蓝光激发 , 测量包 覆 Al 2 O3 膜的荧光粉和包覆 La2 O3 膜的荧光粉的发 射光谱 ,如图 1 所示 。 图1 未包膜荧光粉与包膜荧光粉的发射光谱 Fig. 1 Fluorescence spectra of no coated phosphor and coated phosphor 从图 2 看到 ,开始时 ,使用未包膜荧光粉的 L ED 发光强度和光通量都是最高 , 使用 La2 O3 包膜荧光 粉 L ED 次之 ,使用 Al 2 O3 包膜荧光粉 L ED 最低 , 说 明包膜后荧光粉的发光受到影响 , 但 La2 O3 包膜对 荧光粉的影响较 Al 2 O3 小得多 。同时 , 在 L ED 连续 工作了 200 h 后 , 未包膜荧光粉封装的 L ED 由于热 效应和光效应作用 , 荧光粉性能劣化 , 发光强度已经 下降到与 La2 O3 包膜荧光粉封装的 L ED 相同水平 , 并有进一步下降的趋势 。在连续工作 200 h 后 ,未包 膜荧光粉 L ED 的光通量已经下降到和 La2 O3 包膜 荧光粉 L ED 相同水平 ,其后 La2 O3 包膜荧光粉 L ED 的光通量超过未包膜荧光粉 L ED 的光通量 。 为了更清晰地观察 3 种 L ED 的光衰趋势 , 使用 一阶函数对曲线进行拟合 ,得到拟合直线的斜率如表 1 所示 。 第7期 王 晶等 : 白光 L ED 色度特性研究 表 1 种 L ED 发光强度和光通量曲线的斜率 3 Tab. 1 Slope of imitated line of intensity and luminous flux about three sorts L ED No coadted L uminous intensit y/ cd L uminous flux/ lum - 0. 025 7 - 0. 002 85 Coadted wit h La 2 O 3 - 0. 011 7 - 0. 001 36 Coadted wit h Al 2 O 3 - 0. 014 7 - 0. 000 71 901 ? 宽带黄光合成所得 ,因此蓝光和黄光的相对强度对其 光强 、 色温和色坐标等参量都有影响 。另一方面 , 在 白光 L ED 封装技术中 , 由于 YA G: Ce3 + 粉体表面金 属 - O 空键不稳定 ,在粉体间缔合形成 O 桥 ,引起荧 光粉体团聚 ; 并且 , YA G: Ce3 + 粉体中 Ce3 + 是以三价 态存在 ,并不是最高价态四价 ,因而粉体表面的 Ce3 + 容易被氧化成不发光的四价 ,导致荧光粉光学性能劣 化 。因此 , 封 装 时 只 有 采 取 一 定 的 措 施 , 才 能 使 YA G:Ce3 + 荧光粉的性能更加稳定 。显然 , 用 La2 O3 对荧光粉包膜是一种行之有效的方法 。 通过实验发现 , 采用对 YA G: Ce3 + 荧光粉包膜 , 所封装成的白光 L ED 虽然初始光强 、 光通量受到一 定影响 ,但是 ,其光衰变得很缓慢 ,色温和色坐标变化 微小 ,从而可以保证白光 L ED 的良好光学稳定性 。 参考文献 : 1 Yam F K ,Ha ssan Z. Innovative advance s in LED technolo2 2 MIAO Hong2li ,WANG Jin ,WANG Jing , et al. Develop LED ne se) 4 Narendran N , Gu Y, Freyssinier J P , et al. Solid2state Crystal Growth ,2004 ,268 :4492456. 2004 ,21 (3) :5632565. (in Chine se) 116921174. (in Chine se ) A : physicochem ,2004 ,251 :2032207. lighting : failure analysis of white LEDs J . Journal of 6 Yum J un2Ho , Kim Seok2Soon , Sung Yung2Eun. Y3 Al5 O12 : Inorganic Chemistry ( 无 机 化 学 学 报 ) , 2003 , 19 ( 11 ) : 7 Y 2xiu ,MIN Yu2lin , ZHOU Xue2zhen , et al. Coating LI ong organic2organic hybrid gel methodJ . Chine se Journal of mal performance s of flip2chip high2power white LEDsJ . 2005 ,16 ( 5) :5112514. (in Chine se ) Journal of Optoelectronic s ?La ser ( 光 电 子 ?激 光 ) , ne se Journal of Spectro scopy Laboratory ( 光谱实验室 ) , Ce 0. 05 pho sphor coatings on a flexible substrate for use in white light2emitting diode s J . Colloids and Surface s 3 WU Hui2ying ,QIAN Ke2yuan ,HU Fei , et al. 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