荧光材料物理特性对白光LED光输出冷热比的影响

By | 2020年7月24日

  1. 引言

  白光LED(WLED)是新一代固态绿色光源,具备节能环保、小体积、高光效、功能稳固等诸多优点。

  今朝WLED以PC/MC形式完成白光的门路有三条:1)蓝光LED芯片+黄色荧光粉;2)紫光LED芯片+红+绿+蓝三基色荧光粉;3)蓝光LED芯片+绿光LED芯片+红光LED芯片。完成白光的三种路子中,今朝曾经完成工业化、最经济适用的路子是蓝光LED芯片涂覆黄色荧光粉,应用该路子的WLED的光效高达250lm/W。跟着照明终端产物的市场竞争愈来愈强烈和照明灯具的散热环境愈来愈差,LED光源要具备更好的热的特点能力餍足市场的需要。LED光源的热的特点通常采纳光输入冷热比表征。WLED的光输入冷热比,即LED光源低温时的光电参数(光通量)与常温光阴电参数(光通量)的比值,采纳此目标能够验证LED光源热稳固功能的好坏。

  正在WLED光源中,荧光粉对白光的完成起到至关首要的作用。荧光粉普通为有机发光资料,具备有序陈列的晶体构造,其物化功能的稳固性与如下要素无关:材质体系、离散系数、粉胶相容度、粉体描摹。WLED光输入冷热比的影响要素与WLED器件资料无关,荧光资料是前述器件中的要害资料。荧光粉的物理特点(材质体系、离散系数、粉胶相容度、粉体描摹)对WLED光输入冷热比影响的钻研未有相干报导,同时处理LED光源热的特点的成绩也显患上至关首要,因而讨论荧光粉物理特点与WLED光输入冷热比的关系具备适用意思,同时对后续产物设计具备肯定的指点作用。

  2. 试验局部

  本文彩用SMD
2835的封装方式,蓝光芯片,发射波段正在450-455nm,每一个LED光源有3颗串连的LED芯片,荧光粉计划由YAG黄色荧光资料、氮化物白色荧光资料以及Ga-YAG/LuAG黄绿色荧光资料形成。每一组试验只扭转黄绿粉的类型而固定胶水用量以及另外两种荧光粉含量,而且每一个LED光源具备相反的点胶量。黄色、白色以及黄绿色3种荧光粉以及胶水的配比为黄色∶白色∶黄绿色∶胶水=0.50∶0.15∶1.5∶1,拔取5个相反荧光粉配比的样品进行测试,测试前提为脉冲电流100
mA,测试温度点为25℃,50℃,75℃,85℃,95℃,105℃,取光通量的均匀值。粉体参数测试设施:粒径采纳激光粒度剖析仪测试,热淬灭功能、激起发射光谱采纳Fluoromax-4测试;颗粒SEM描摹采纳扫描电子显微镜测试;封装设施:ASM固晶机,ASM焊线机,真空脱泡机,武藏点胶机。封装废品光电参数测试设施:远方积分球测试仪。

  3. 后果与探讨

  荧光粉普通为有机资料,依据其基质分类,罕用的体系有铝酸盐、氮化物/氮氧化物、硅酸盐、氟化物等。图1.1为没有同体系荧光粉的热淬灭功能,能够看出几种体系的粉体中铝酸盐的热稳固性最佳,氟化物以及硅酸盐的热稳固性较差,氮化物的热稳固性比铝酸盐差但优于氟化物以及硅酸盐。

  

  ♦ 图1.1 没有同体系荧光粉的热淬灭功能

  因而本文以铝酸盐体系作为钻研工具。铝酸盐体系的典型代表为YAG,其化学式为Y3Al5O12:Ce,晶体构造属于立方晶系,晶格常数为1.2002nm,YAG的晶体构造如图1.2所示。从晶体构造能够看出,正在Y、Al以及O组成的空间中存正在三种多面体,辨别为:十二面体(图1.2a)、八面体(图1.2b)、四面体(图1.2c),此中氧原子的配位数辨别为(Y33+)八配位、(Al23+)六配位、(Al33+)四配位。

  

  

  ♦ 图1.2YAG的晶体构造表示图

  3.1 荧光粉的材质对WLED光输入冷热比的影响

  本试验采纳Ga-YAG以及LuAG黄绿粉为钻研工具,Ga-YAG以及LuAG同属钇铝石榴石的晶体构造如图1.1,钇铝石榴石的化学通式为:

  (RE1-rSmr)3(Al1-sGas)O12:Ce(1)式(1)中,RE=La,Lu,Y,Gd,Sc,0≤r<1,0≤s≤1。一般而言Ga-YAG与LuAG同属于立方晶系,只是其晶胞参数存在差异,Ga-YAG是Ga3+对Al3+的部分取代,而LuAG是Lu3+对Y3+的完全取代,其离子半径分别为:rGa3+(八配位)=0.69
Å,rY3+(八配位)=1.04 Å,rAl3+(六配位)=0.62 Å,rLu3+(六配位)=1.001
Å[4]。结合离子半径的匹配度,理论上完全取代比部分取代所形成的晶体结构的热稳定性会更好。就材料角度而言,材料本身的热稳定性可以通过热淬灭性能进行表征。

  如图1.3所示为GRF-G以及GRF-L之间的粉体热淬灭功能的关系,能够看出,跟着温度的回升粉体的亮度衰减出现出降落趋向,此中GRF-L的热淬灭功能优于GRF-G的热淬灭功能。

  

  ♦ 图1.3 GRF-G以及GRF-L的热淬灭功能

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