白光led的制備及光譜特性研究

1白色led的顯色性近年來，氮基發(fā)光器（gan）在發(fā)射效率、使用壽命、亮度等方面取得了很大進步。目前,白光LED(WLED)的制備方法主要是利用藍光LED芯片與YAG熒光粉結合實現(xiàn)(即光轉換法),但由于YAG的發(fā)射光譜中缺少紅光成分,所以難以實現(xiàn)高顯色性,并且該問題一直制約著白光LED的發(fā)展。國內外許多研究組在提高白光LED的顯色性方面做了大量的研究,主要通過研究發(fā)紅光的熒光粉來提高WLED的顯色性能。但用于WLED的紅色熒光粉多為稀土無機材料,同時目前所開發(fā)的多數紅色熒光粉的發(fā)光效率相對較低、光衰較大且化學性質不穩(wěn)定,直接影響LED的光效、器件可靠性和壽命。翟永清、宋恩海等分別通過制備不同的無機熒光粉用于提高白光LED的顯色指數。郭偉玲等人通過調節(jié)黃色和橙色熒光粉的方法提高白光LED顯色指數。NaokiKimura、Rong-JunXie等人采用藍光芯片激發(fā)氧化物和氮氧化物熒光粉的方法制備了高顯色寬色溫帶的白光LED。J.S.Kim等人還采用單一相全彩熒光粉Ba3MgSi2O8∶Eu2+,Mn2+制備出了低色溫高顯色的白光LED。王靈利等用綠色熒光材料BaSi2N2O2∶Eu2+合成了白光LED。黎學明等通(Y3-x-yREx)Al5O12:Cey(RE=Tb,Gd)熒光粉晶體結構中摻雜Tb,Gd使熒光粉發(fā)射波長逐漸紅移。由于結溫是大功率LED的重要參數之一,我們根據近幾年來研究人員對結溫的相關研究內容,并結合本課題組一直以來在LED一體化封裝以及使用有機材料作為新型熒光粉制備高顯色白光LED的研究基礎,分析和研究了結溫對于一體化封裝的新型白光LED的發(fā)光特性的影響。2樣品制備和檢測LED芯片購于武漢迪源光電科技有限公司;[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2購于長春市版和科技有限公司,其相關性質和吸收光譜分別如表1、圖1所示。無機熒光粉為彩虹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,擴晶機和焊線機分別采用深圳市三合發(fā)光電設備有限公司的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。本實驗對兩種樣品進行了制備和分析研究:一是在傳統(tǒng)大功率支架上進行固晶、點粉等一系列制備過程的大功率白光LED樣品;二是一體化封裝結構的大功率白光LED樣品。(1)樣品Ⅰ制備:先對芯片進行擴晶、刺晶,然后在LED支架上點銀膠并固晶、焊接金線以及點粉。點粉時,分別在熒光粉中摻雜質量分數為0%、1%、1.5%、2.5%、5%、10%的有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2,然后放入干燥箱中50℃固化1h,最后安裝塑料透鏡及點密封膠,并在干燥箱中120℃時再固化1h,即可完成實驗用LED器件制備。(2)樣品Ⅱ制備:先對芯片進行擴晶、刺晶,然后在表面覆有氧化膜的鋁板上點銀膠,并固晶和貼電極、焊接金線以及點熒光粉,最后點密封膠。晶片和電極的固化條件為在150℃干燥箱內固化1h,點粉后的固化條件為在50℃干燥箱內固化0.5h,密封膠的固化條件為在120℃干燥箱內固化0.5h。點粉時,分別在YAG熒光粉中混入質量分數為2%的有機磷光材料[Ru(dtbbpy)3]2+(PF6-)2。即可制備完成摻有有機磷光材料的高顯色性的一體化封裝的LED。表面覆有氧化膜的鋁板樣品的制備:首先裁剪出尺寸為50mm×50mm×5mm的鋁板,然后用臺鉆鉆固晶孔,接著對其進行研磨拋光,最后進行鋁陽極氧化,即可獲得表面覆有厚度大約為20μm的氧化膜的鋁板。[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2的吸收譜采用Lambda950UV/VIS/NIRSpectrometerConfigurationandTestCertificate進行測量。器件是在室溫和大氣環(huán)境下采用恒流模式進行測試。LED器件測試是在室溫下,使用杭州遠方光電信息公司生產的PMS-50紫外-可見-近紅外光譜分析系統(tǒng)。3[可以降低熒光體發(fā)射峰的情況圖2為白光LED樣品Ⅰ(即利用藍光LED芯片激發(fā)混合了質量分數分別為0%、1%、1.5%、2.5%、5%、10%時紅色有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2的無機熒光粉YAG)的絕對光譜圖。從圖1可以看出紅色有機磷光材料[Ru(dtbbpy)3]2+(PF6-)2對波長在450~530nm范圍內的光具有較高的吸收度。結合圖1,并從圖2可以得出:紅色有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+-(PF6-)2能夠吸收藍光LED芯片輻射的藍光能量,而且隨著紅色磷光材料混合濃度的提高,其對藍光的吸收愈加強烈,導致所制備的白光LED的藍光部分的輻射持續(xù)減弱。由0%的混合比例的光譜曲線和表1可知,該LED芯片的輻射波峰在450nm處,無機YAG熒光粉的發(fā)光光譜的波峰在530nm附近,紅光磷光材料的發(fā)光光譜的波峰在614nm處,而且混入磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+-(PF6-)2后的WLED的發(fā)射光譜中的熒光體發(fā)射峰均在530~614nm之間,說明該熒光體發(fā)射峰是由無機熒光粉YAG和有機磷光材料[Ru(dtbbpy)3]2+(PF6-)2的共同發(fā)射光組成。隨著有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2的質量分數從0%增加到10%,樣品的發(fā)射光譜中熒光體發(fā)射峰出現(xiàn)了紅移現(xiàn)象,這主要是由于YAG與[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2混合發(fā)光成分中[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2的紅色發(fā)射成分的增加導致的。圖3給出了無機YAG熒光粉和紅色有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2不同混合比例下白光LED樣品I的顯色指數(CRI)和發(fā)光效率。從圖中可以看出,隨著混合熒光粉[Ru(dtbbpy)3]2+(PF6-)2所占質量分數的增加,白光LED樣品I的顯色指數(CRI)和發(fā)光效率分別出現(xiàn)了先減小后增大和一直衰減的趨勢。當[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2的質量分數為1.5%時,樣品的顯色指數達到最高值83.2,但發(fā)光效率相對于0%時,出現(xiàn)了小幅度的衰減(衰減了約20%)。這是由于紅色磷光材料將吸收的短波長的光轉換為長波長的光的過程中,存在Stocks能量損失。以上實驗結果表明,可以通過該混合點粉的方法,犧牲較小幅度的發(fā)光效率,制備出較高顯色指數的白光LED。圖4為[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2的質量分數為2%時的白光LED樣品Ⅱ在不同結溫下的絕對光譜。從圖4可以看出,在6個不同的結溫下,白光LED的絕對光譜中均存在2個輻射峰,其中藍光芯片的輻射波長為450nm,混合熒光體的中心發(fā)射峰值在580nm附近。根據實驗檢測可知無機熒光粉YAG的發(fā)光波峰在540nm附近,由表1可知有機紅色磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+-(PF6-)2的發(fā)光波峰在614nm附近,所以該混合熒光體的光譜是由無機熒光粉YAG和有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2共同發(fā)射光組成。在結溫從30~130℃逐漸升高的過程中,白光LED的絕對光譜中藍光的輻射強度在不斷地衰減,共衰減了27.73%,其熒光體的發(fā)射峰值也在不斷地衰減。分析其原因如下:溫度的升高降低了藍光芯片的輻射復合效率,從而降低了電光轉換效率,減少了藍光輻射,隨之也降低了相應熒光粉的熒光效率。由于LED藍光芯片結溫逐漸升高,位于其上方的熒光分層(無機熒光粉YAG和有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2混合層)的溫度也會不斷地升高,熒光粉的熒光效率也會下降。而白光LED絕對光譜中的混合熒光體發(fā)射光譜由無機熒光粉YAG和有機磷光材料[Ru(dtbbpy)3]2+(PF6-)2的共同發(fā)射光組成,所以出現(xiàn)了峰值衰減的情況。圖5顯示的是不同結溫下的白光LED樣品Ⅱ的光效和CRI,從圖5可以看出,隨著藍光芯片結溫的升高,白光LED的發(fā)光效率在逐漸降低,從30℃時的12.47lm/W衰減到130℃時的8.51lm/W,衰減了31.76%。在結溫從30℃升高到77.5℃的過程中,白光LED的CRI呈下降趨勢;在結溫從77.5℃升高到130℃的過程中,其CRI呈上升的趨勢,并且最終超過了30℃時的CRI。這可能是由于兩種原因所導致:首先,隨著藍光芯片結溫的升高,其輻射復合效率降低了,從而降低了電光轉換效率,減少了藍光輻射,隨之也降低了相應熒光粉的熒光效率最終導致白光LED的發(fā)光效率不斷下降。其次,顯色性的好壞是由藍、黃、紅三種光的輻射能量的比例決定的,標準白光的比例對應的顯色性指數為100,在結溫從30℃升高到130℃的過程中,由于藍、黃、紅三種光的輻射能量出現(xiàn)了不同幅度的衰減,所以藍、黃、紅三種光的輻射能量的比例也在不斷地發(fā)生變化,即先遠離標準比例然后再接近標準比例,才導致了白光LED的CRI先減小后增大的變化趨勢。4有機磷光材料roe對光柵led顯色劑的影響利用藍光LED芯片激發(fā)[Ru(dtb-bpy)3]2+-(PF6-)2和YAG混合熒光粉的方法制備了新型白光LED,分別研究了白光LED光譜特性隨[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2濃度的變化和該新型白光LED的相關結溫特性。通過實驗分析可以得出:有機磷光材料[Ru(dtb-bpy)3]2+(PF6-)2能被藍光芯片激發(fā),在白光LE