影响LED显色性能因素的研究.ppt

影响LED显色性能因素的研究 目录 1LED绪论2实验仪器设备介绍3实验研究与结果分析 1LED绪论 目前世界正开始全面向低碳时代转型 LED作为新型固体照明 具有较高的发光效率 对于照明节能来说 具有重大意义 相比传统照明 LED除了节能60 外 还拥有长寿命 耗电低 易集成 快响应 利环保 光分布易于控制 色彩丰富 无污染等优势 LED产业的市场前景 LED显示屏 中大尺寸 小尺寸背光源 LED产业的市场前景 汽车车灯 室内装饰灯 LED产业的市场前景 景观照明 通用照明 LED的发光原理与基本结构 发光原理在常态下 PN结由于其内部电压构成一定的势垒 在PN结内部电子和空穴不能发生自然复合 而当给PN结加以正向偏置电压时 由于外加电场方向与势垒区的自建电场方向相反 因此势垒高度降低 势垒区宽度变窄 破坏了PN结动态平衡 于是P区和N区的多数载流子向对方区域扩散 而电子的迁移率比空穴迁移率大很多 因此宏观上出现大量的电子向P区扩散 构成对P区的少数载流子的注入 当这些电子与价带上的空穴产生复合 复合时得到的能量就以光能的形式释放 LED的基本结构LED芯片被固定在导电 导热的带两根引线的金属支架上 有反射杯 或反光碗 的引线为阴级 另外一根引线为阳级 芯片外围封以环氧树脂 帽 一方面可以保护芯片 另一方面起 透镜 聚光作用 LED的两根引线不一样长时 其中较长的一根为阳极 如果LED的两根引线一样长 通常在管壳上有一凸起的小舌 靠近小舌的引线则是阳级 LED的发光原理与基本结构 LED的主要特点 工作寿命长 LED作为一种导体固体发光器件 较之其他发光器具有更长的工作寿命 其亮度半衰期通常可达到十万小时 耗电低 LED是一种低压工作器件 在低电压 1 5 2 5V 小电流 5 30mA 的条件下工作 即可获得足够高的亮度 因此在同等亮度下 耗电最小 可大量低能耗 响应时间快 LED一般可在几十毫秒 ns 内响应 高频特性好 能显示脉冲信息 因此是一种高速器件 这也是其他光源望尘莫及的 体积小 重量轻 耐抗击 这是半导体固体器件的固有特点 彩LED可制作各类清晰精致的显示器件 易于调光 调色 可控性大 LED作为一种发光器件 可以通过流过电流的变化控制亮度 也可通过不同波长LED的配置实现色彩的变化与调节 目前大屏幕的彩色显示屏非LED莫属 用LED制作的光源不存在诸如水银 铅等环境污染物 不会污染环境 防震动及抗冲击穿性能好 使用灵活 根据需要可制成数码管 字符管 电平显示器 点阵显示器 固体发光板 LED平极型电视屏等 容易与数字集成电路匹配 LED的显色指数 显色指数显色性是指光源发出的光照射到物体上所产生的客观效果和对物体真实色彩的显现程度 是评价照明光源的一个重要指标 如果光源发出的光中所含的各色光的比例和自然光相近 则人眼看到的颜色就较为逼真 光源的光谱分布决定光源的显色性 光源的显色性影响人眼观察物体的颜色 对光源显色性进行定量评价是评价光源质量的一个重要方面 显色指数为目前定义光源显色性评价的普遍方法 白光LED的显色指数一般白光LED的显色指数为70 与荧光灯大致相同 白炽灯色LED的显色指数为80 目前还达不到白炽灯的水平 但近来开发出的短波长和RGB三基色荧光粉结合的LED 其平均显色指数已达到90 且相应的产品也开始销售 因此今后会有更大的改进 LED白光的实现方法 蓝光LED 不同色光荧光粉由蓝光LED激发涂布在其上方的黄色YAG荧光粉 荧光粉被激发后产生的黄光与原先用于激发的蓝光互补而产生白光 LED白光的实现方法 紫外或紫光 300 400nm LED R G B荧光粉紫外光LED配上三色R G B色荧光粉提供了另一个研发方向 其方法主要是利用实际上不参与配出白光的紫外光LED激发R G B三色荧光粉 由三色荧光粉发出的三色光配成白光 R G B三种LED混合成白光将R G B三基色LED组成一个像素可得到白光 利用三基色LED直接封装成白光LED的方法最早用于制成白光LED的方式 其优点是不需要经过荧光粉的转换 由R G B三基色LED直接配成白光 除了可避免因为荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率外 更可以由分开控制R G B三基色LED的发光强度 达成全彩的变色效果 可变色温 并可由LED波长及强度的选择得到较佳的演色性 LED白光的实现方法 本研究使用的产生LED白光的方法本研究采用的是蓝光LED芯片 黄色YAG荧光粉产生白光 由于这种方法产生的白光中红光的成分很少 所以显色指数较低 要想提高白光LED的显色指数 就必须增加光谱中的红光成分 因此 本研究首先通过在YAG黄色荧光粉中添加一定比例的红色荧光粉有机磷光材料Ru dtb bpy 3 2 PF6 研究显色指数的变化 旨在提高蓝光LED芯片 YAG黄色荧光粉产生白光这种封装方式的显色指数 2实验仪器设备介绍 积分球LED在积分球中心或边界点亮 光线在内部被均匀反射与漫射 在球面上形成均匀的光强分布 最后从输出孔射出 输出孔得到的是均匀的漫射光束 其光强和光束均匀度不受入射光的角度 空间分布以及极性的影响 因光线经积分球内部射出 所以积分球也可看做是光强度衰减器 其射出和射入光强之比约为 射出孔面积 积分球内部表面积 2实验仪器设备介绍 PMS 50紫外 可见 近红外光谱分析系统PMS 50是应用最为广泛的单单色仪光谱仪 PMS 50 单只标准灯 实现从0 1lm 200 000lm全动态范围内0 3 线性的光谱法光谱测量 解决迷你珠泡 节能灯 普通荧光灯 卤钨灯 HID灯 无极灯以及单颗LED LED模块 LED日光灯条 LED显示屏等所有电光源 配不同积分球 的相对光谱辐射功率 色品坐标 色温 显色指数 色容差 峰值波长 主波长 平均波长 色纯度 红色比 半宽度 光通量 光辐射功率 温度 电压 电流 功率等参数的测量 2实验仪器设备介绍 SH2012超声金丝球焊机超声金丝球焊线机主要应用于大功率发光二极管 LED 激光管 激光 中小型功率二极管 三极管 集成电路 传感器和一些特殊半导体器件的内引线焊接 特别适于大功率发光管的焊接 SH2012超声金丝球焊机 焊接原理SH2012超声金丝球焊机利用超声波摩擦原理来实现不同介质的表面焊接 是一种物理变化过程 首先金丝的首端必须经过处理形成球形 本机采用负电子高压成球 并且对焊接的金属表面先进行预热处理 接着金丝球在时间和压力的共同作用下 在金属焊接表面产生朔性变形 使两种介质达到可靠的接触 并通过超声波摩擦振动 两种金属原子之间在原子亲和力的作用下形成金属键 实现了金丝引线的焊接 金丝球焊在电性能和环境应用上优于硅铝丝的焊接 但由于用贵金属的焊件必须加温 应用范围相对比较窄 其他实验设备 LED专用精密光电烤箱DZF型真空干燥箱电子天平扩晶机 3实验研究与结果分析 铝板的制作首先裁剪出尺寸为50mm 50mm 5mm的铝板 然后对其进行打磨 打孔 孔的深度是固定的 因为后面的点粉点胶的量是固定的 而且要填满整个孔 然后依次进行碱洗1 3分钟 酸洗3 5分钟 最后进行一个小时的铝阳极氧化实验 即可获得表面覆有厚度大约为20微米的氧化膜的铝板 因为后面的要求凹槽内部是绝缘的 否则导电的话 两个电极之间就会短路 就不能点亮LED灯 采用表面覆有一层氧化膜的铝板作为LED的支架 不仅改善了芯片的散热 而且提高了良品率 3实验研究与结果分析 白光LED的制作过程首先对LED芯片进行扩晶 刺晶 然后在制作好表面覆有氧化膜的铝板上点上银点胶并固晶和贴电极 固化条件为在干燥箱中150 固化一个小时 然后进行焊接金线 焊接条件为150 接着进行点粉 点粉时在黄色YAG荧光粉中混入混合比例分别为1 1 25 1 5 2 2 5 4 10 的红色荧光粉 点粉后的固化条件为在干燥箱中50 固化半个小时 最后是灌入封装胶 封装胶的固化条件是在干燥箱中120 固化一个小时 实验结果 不同红色荧光粉混合比例下的白光LED显色指数 实验结果 在实验中 通过改变不同的荧光粉比例 研究对白光LED的显色指数的影响 根据实验结果可绘制出如表3 1所示的 红色荧光粉在黄色YAG荧光粉中的混入比例从1 到10 不等的表格 由表可以看出 基本上随着红色荧光粉对于黄色YAG荧光粉的混合比例的增大 白光LED的显色指数越来越大 当混合比例大约增大到1 5 时 白色LED的显色指数达到最大为83 2 当混合比例继续增大时 白色LED的显示指数又明显下降 实验结果 结果分析图为在传统白光LED的黄色YAG荧光粉中混入不同比例的红色荧光粉时的相对光谱 由图可知 LED光谱中有两个比较明显的波峰 一个是蓝光LED的辐射波峰位于450nm处 另一个辐射波峰位于550 600nm附近 可以看出 在黄色YAG荧光粉中混入红色荧光粉时 其对450nm蓝光的吸收明显比不混入红色荧光粉时多 而且随着红色荧光粉的混合比例的增大 蓝光的成分越来越少 第一个波峰的幅值越来越小 第二个辐射波峰的位置逐渐右移 结果分析 这说明红色荧光粉不仅能被LED芯片辐射的蓝光激发 产生出红光 而且随着红色荧光粉的质量分数的增大 对蓝光的吸收也逐渐增多 使最终辐射出的LED白光光谱中蓝光成分越来越弱 而相应的光谱中红光辐射则会越来越强 所以通过调节红色荧光粉的混合比例 可以改变白色LED的辐射光谱中能量的分配比例 从而可以改变白色LED的显色指数 当红色荧光粉开始增加时 蓝光的吸收量明显增加 蓝光的成分减少 相应的红光的成分逐渐增多 白色LED光谱中蓝光成分减少 红光成分增多 所以显色指数增大 当红色荧光粉继续增多时 蓝光的吸收量略微减少 但红光成分还在增多 所以显色指数继续增大 当红色荧光粉混合比例增大到1 5 时 蓝光与红光的成分达到较为符合白光的比例 显色指数达到最大为83 2 然而当红色荧光粉的混合比例继续增大时 对蓝光的吸收能力也持续增强 吸收了绝大部分蓝光 使蓝光的成分减少过多 使得最终产生的白光LED中蓝光成分过少 这时的白光LED的显色指数就相应降低 就如同实验中的红色荧光粉的10 的混合比例 对蓝光的吸收能力最强 白色LED光谱中的蓝光