熒光粉玻璃復(fù)合材料的制備、表征及其在大功率LED中的應(yīng)用.pdf

1、在全球能源危機(jī)的背景下，LED以其節(jié)能環(huán)保、壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)成為第四代光源的主要發(fā)展方向，隨著大功率LED流明效率不斷提高、成本持續(xù)下降，大功率LED廣泛應(yīng)用于傳統(tǒng)照明和特種照明領(lǐng)域。目前絕大多數(shù)LED產(chǎn)品均使用硅膠/環(huán)氧熒光粉混合物的方式封裝，應(yīng)高光效要求，LED功率增加，LED所產(chǎn)生熱無(wú)法有效散出，實(shí)際應(yīng)用中存在硅膠/環(huán)氧老化、亮度下降、色漂移、壽命縮短等問(wèn)題，基于存在的這些問(wèn)題，對(duì)白光LED用光轉(zhuǎn)換材料提出了新的要求：（1）解決熒光材

2、料的涂敷均勻性問(wèn)題；（2）具有較高熱傳導(dǎo)系數(shù)、物理化學(xué)性能穩(wěn)定的熒光材料；（3）增加發(fā)光材料中紅光部分的輻射。目前，LED用各種類(lèi)型熒光粉的報(bào)道屢見(jiàn)不鮮，主要集中在新型熒光粉的開(kāi)發(fā)，但對(duì)LED封裝中出現(xiàn)的以上三個(gè)問(wèn)題很少涉及，能同時(shí)達(dá)到上述三點(diǎn)要求的材料報(bào)道更少。究其原因，是絕大多數(shù)熒光粉粉體固有的物理和化學(xué)不穩(wěn)定性決定的。因此，開(kāi)發(fā)一種形狀可控、性能穩(wěn)定的硅膠/環(huán)氧熒光粉混合物的替代品具有重要的實(shí)際意義。
　　本文以LED用熒光

3、玻璃復(fù)合材料和LED色溫均勻性改善為研究對(duì)象，提出了三種制備熒光玻璃復(fù)合材料的方法，對(duì)制備材料的微觀結(jié)構(gòu)和光學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了表征和測(cè)試。以該材料為光轉(zhuǎn)換材料，制作了LED封裝樣品，對(duì)封裝樣品進(jìn)行測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了分析。建立了熒光玻璃封裝LED光學(xué)模型，研究了熒光玻璃和LED芯片之間空隙對(duì)LED光學(xué)性能的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究了封裝中加入擴(kuò)散粉對(duì)LED色溫一致性的改善。主要的研究成果如下:
　　(1)通過(guò)高溫固相反應(yīng)法，制備了YAG:

4、Ce3+熒光粉。系統(tǒng)研究了Ce3+濃度，反應(yīng)助劑含量，煅燒溫度和氣氛等制備工藝對(duì)YAG:Ce3+熒光粉光致發(fā)光性能的影響。結(jié)果顯示：Ce3+濃度增大，晶體場(chǎng)改變，Ce3+的發(fā)射先紅移，后藍(lán)移，助熔劑的最佳添加量為反應(yīng)物摩爾數(shù)的0.1，反應(yīng)溫度在1500℃時(shí)，熒光粉光致發(fā)光性能最佳，還原氣氛能有效提高熒光粉的光致發(fā)光性能。
　　(2)提出了一種較低溫度下制備LED封裝用熒光陶瓷的方法，通過(guò)該固相反應(yīng)方法制備了YAG熒光陶瓷片，對(duì)其進(jìn)

5、行了XRD，SEM測(cè)試，測(cè)試發(fā)現(xiàn)熒光粉顆粒均勻分布于基體中。利用制備的熒光陶瓷片與LED芯片封裝所得模塊有較低的色溫，可以達(dá)到理論白光色坐標(biāo)，通過(guò)調(diào)整熒光粉摻雜量和陶瓷片厚度，可以制備相應(yīng)要求的LED模塊。封裝所得LED模塊的最高光效為75.61Lm/W，分析了其光效低于目前商用熒光粉硅膠LED模塊的原因，提出了進(jìn)一步改進(jìn)方法。
　　(3)提出了一種熒光粉和溶膠凝膠法相結(jié)合用于制備LED封裝用高顯指熒光玻璃的方法，研究了凝膠制備過(guò)

6、程中不同反應(yīng)溫度對(duì)凝膠時(shí)間和凝膠玻璃密度的影響，并制備了包含不同熒光粉混合比例的凝膠玻璃，將其用于LED封裝，使得所封裝LED顯色指數(shù)大于95，證明了此方法的可行性。
　　(4)提出了一種簡(jiǎn)單實(shí)用的通過(guò)絲網(wǎng)印刷制備熒光玻璃的方法。利用光學(xué)顯微鏡和SEM-EDS分別研究了熒光粉顆粒分布的均勻性和熒光層的成分。測(cè)試了不同厚度熒光層厚度熒光玻璃的激發(fā)和發(fā)射光譜。測(cè)試了不同厚度熒光層熒光玻璃封裝后的LED的光譜和色坐標(biāo)。75μm熒光層熒光

7、玻璃封裝的LED在350mA下光效81.24Lm∕W。絲網(wǎng)印刷法制備熒光玻璃可以在玻璃基片上實(shí)現(xiàn)多層熒光層，制備的熒光玻璃和熒光粉硅膠相比，有更好的穩(wěn)定性。這種熒光玻璃為薄膜倒裝LED芯片和遠(yuǎn)離式熒光粉封裝提供了便利。
　　(5)研究了空氣間隙大小對(duì)熒光玻璃封裝LED色溫和顯色指數(shù)的影響。當(dāng)空氣間隙變化時(shí)，藍(lán)光和黃光的比例隨之變化。當(dāng)空氣間隙從0μm增加到25μm時(shí)，色溫從5162K上升至10516K。LED色溫從正白變?yōu)槔浒??？?/p>

8、氣間隙造成芯片發(fā)出的大角度藍(lán)光更容易從熒光玻璃邊緣出射，不經(jīng)過(guò)熒光玻璃。此仿真模型可用于指導(dǎo)熒光玻璃型LED的封裝。
　　(6)研究了MF樹(shù)脂和CaCO3作為擴(kuò)散粉封裝在LED硅膠層中對(duì)LED色溫均勻性和光效的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明合適的擴(kuò)散粉摻雜量可以有效降低空間色溫波動(dòng)?？臻g色溫波動(dòng)和流明效率都隨擴(kuò)散粉摻雜量增加而減小。色溫均勻性改善得益于添加擴(kuò)散粉后光子散射的增強(qiáng)。散射增強(qiáng)導(dǎo)致透光率降低。在特定情況下，散射和透過(guò)需要達(dá)成一個(gè)平衡