白光LED玻璃陶瓷的制備、結(jié)構(gòu)與性能研究
發(fā)布時間：2021-03-08 23:57
目前主流商用白光LED均采用“黃色熒光粉+藍光芯片”的組合來實現(xiàn)白光發(fā)射,但是封裝所用的硅膠在大功率光輻射或較高使用溫度下容易老化,導(dǎo)致產(chǎn)品光衰、色偏等問題。因此,采用熒光透明玻璃陶瓷替代熒光粉/聚合物熒光轉(zhuǎn)化層,已經(jīng)成為白光LED領(lǐng)域的研究熱點。本論文制備了三種基于紫外或者藍光激發(fā)的熒光玻璃陶瓷,通過XRD、SEM、TEM、熒光光譜等表征方法對樣品的微觀結(jié)構(gòu)和發(fā)光性能進行分析,并將樣品與商業(yè)藍光芯片耦合封裝成白光LED器件,探究其是否滿足白光LED的照明要求。研究成果包括以下內(nèi)容:（1）基于CaO-P2O5-SiO2-Al2O3-ZrO2-Eu2O3-Tb4O7體系,采用整體析晶法制備了紫外激發(fā)的透明玻璃陶瓷。XRD和TEM結(jié)果證實在玻璃基體中均勻分散了30-50 nm的α-Ca3（PO4）2納米晶。P...
【文章來源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
照明光源的發(fā)展Fig.1.1Developmentoflightingsources
桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2述，隨后由Nakamura和Fasol等人進行了驗證[9]。1996年，日亞化學(xué)公司通過涂有黃色熒光粉（Ce:YAG）的藍色InGaNLED芯片發(fā)明了一種全新的照明設(shè)備，即基于熒光粉和藍光芯片組合的白光LED照明[10]。此后，白光LED的身影涵蓋眾多領(lǐng)域，包括室內(nèi)外照明、汽車照明、顯示屏背光及生物補光等（如圖1.2所示），并以此開發(fā)的附屬產(chǎn)品多達上萬種[11]。圖1.2白光LED的實際應(yīng)用：（a）室內(nèi)照明；（b）汽車激光LED大燈；（c）顯示屏背光模組（miniLED）;（d）植物生長補光燈Fig.1.2PracticalapplicationofwhiteLED:(a)indoorlighting;(b)automotivelaserLEDheadlights;(c)displaybacklightmodule(miniLED);(d)plantgrowthfilllight（1）室內(nèi)外照明：相比于熒光燈、白熾燈，白光LED在能效、使用壽命、色彩還原度、光照色溫可調(diào)等方面的優(yōu)勢更適用于室內(nèi)照明。同時，功能多樣、種類繁多的LED產(chǎn)品可應(yīng)用于任何場景下的照明光源，包括室外路燈、景觀照明、休閑場所以及博物館等專業(yè)照明場地。（2）汽車照明和交通信號燈：在20世紀50年代，鹵素燈的發(fā)明逐漸取代白熾燈成為汽車的主要燈泡，并一直沿用至今。白光LED的高亮度、高穩(wěn)定性和高壽命，成為汽車廠商的首眩汽車上所有照明用品包括大燈、霧燈、尾燈、轉(zhuǎn)向信號燈等均為LED照明光源。此外，白光LED燈光的強穿透性使得其被廣泛用于交通指示，例如信號燈、警示燈之類。（3）顯示屏背光模組：液晶顯示屏（LiquidCrystalDisplay，LCD）作為非發(fā)光性的顯示裝置，須要借助背光源才能達到顯示的功能。MiniLED的出現(xiàn)可以為LCD顯示技術(shù)帶來新的發(fā)展?jié)摿�，它能夠�(qū)崿F(xiàn)局部調(diào)光，并且彌補LCD屏幕出現(xiàn)漏光、耗電大、
桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3色彩對比度低等先天條件。（4）棚內(nèi)植物生長補光：近年來，由于市場需求，菜農(nóng)普遍采用溫室大棚生產(chǎn)反季節(jié)花卉、瓜果、蔬菜等，這就對植物生長的光照條件提出需求，而LED補光燈具有光譜范圍廣、節(jié)能高效等優(yōu)點被大量使用。1.2白光LED的介紹1.2.1LED芯片的發(fā)光原理LED芯片是一種半導(dǎo)體材料（例如氮化鎵、砷化鎵等）制備而成的發(fā)光器件，能夠在正向偏壓下發(fā)射高強度光子，實現(xiàn)將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的目的。半導(dǎo)體晶片可以分為兩部分：p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，其中p型半導(dǎo)體以空穴為主，而n型半導(dǎo)體中以電子為主。兩部分半導(dǎo)體結(jié)合形成一個p-n結(jié)。當LED芯片通電開始工作時，p-n結(jié)的動態(tài)平衡就會被打破，p型半導(dǎo)體中的空穴和n型半導(dǎo)體中的電子互相向?qū)Ψ竭w移并復(fù)合；在此過程中，多余的能量以光子的形式進行釋放，從而完成電能到光能的轉(zhuǎn)化，這就是LED芯片的發(fā)光原理（如圖1.3所示）。因此，當LED芯片使用不同的半導(dǎo)體材料時，發(fā)光顏色會隨之改變，例如砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光[12]。圖1.3LED的發(fā)光原理示意圖Fig.1.3SchematicdiagramofLEDillumination1.2.2白光LED的實現(xiàn)方式自然界大部分的顏色都是由多種顏色復(fù)合形成的。如圖1.4所示，以紅、綠、藍三種顏色為基本色，按照不同的比例混合，就能復(fù)合出包括白色在內(nèi)的任何顏色，這也是實現(xiàn)白光LED的基本原理。目前，實現(xiàn)白光LED的形式包括以下三種：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]玻璃陶瓷的研究與發(fā)展[J]. 劉道春,崔利軍. 陶瓷. 2019(11)
[2]照明及顯示用稀土發(fā)光材料[J]. 張霞,陳曉霞,劉榮輝,劉元紅,莊衛(wèi)東. 金屬功能材料. 2019(05)
[3]YAGG:Ce transparent ceramics with high luminous efficiency for solid-state lighting application[J]. Hui HUA,Shaowei FENG,Zhongyu OUYANG,Hezhu SHAO,Haiming QIN,Hui DING,Qiping DU,Zhijun ZHANG,Jun JIANG,Haochuan JIANG. Journal of Advanced Ceramics. 2019(03)
[4]熱處理溫度對溶膠凝膠Bi2O3-SiO2-B2O3系玻璃粉體結(jié)構(gòu)的影響[J]. 陸正華,袁鴿成,劉華,李倩,厲佩賢. 材料科學(xué)與工程學(xué)報. 2019(03)
[5]鋰電池研究中的X射線多晶衍射實驗與分析方法綜述[J]. 張杰男,汪君洋,呂迎春,禹習(xí)謙,李泓. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2019(03)
[6]Optical characteristics of Ce,Eu:YAG single crystal grown by Czochralski method[J]. Jingfeng Zhang,Guorui Gu,Xiaoxuan Di,Weidong Xiang,Xiaojuan Liang. Journal of Rare Earths. 2019(02)
[7]Ce:YAG熒光陶瓷摻雜Gd對白光LED發(fā)光性能的影響[J]. 邵秀晨,周圣明,唐燕如,易學(xué)專,郝德明,陳杰. 無機材料學(xué)報. 2018(10)
[8]白光LED用橙色發(fā)射熒光粉Y3Mg2AlSi2O12∶Ce3+的制備研究[J]. 閆世潤,陳曉倩,鄧陶麗,胡建國. 上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(06)
[9]白光LED用新型YAG:Ce玻璃陶瓷的制備與發(fā)光性能[J]. 崔三川,陳國華,姚樂琪,袁昌來. 中國有色金屬學(xué)報. 2017(09)
[10]白光LED用Phosphor-in-Glass熒光材料的研究進展[J]. 張瑞,王伯陽,王海. 無機材料學(xué)報. 2017(04)
博士論文
[1]白光LED用鈰鋱激活高效藍、綠熒光粉發(fā)光性能的研究[D]. 肖宇.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2019
[2]白光LED用Ce3+、Eu2+摻雜的幾種典型發(fā)光材料的制備及發(fā)光性能研究[D]. 毛愛君.蘭州大學(xué) 2019
[3]基于f-d躍遷的三種含氧酸鹽稀土熒光材料的制備和性質(zhì)研究[D]. 曾鵬.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[4]基于先進封裝材料的高性能LED封裝技術(shù)研究[D]. 雷翔.華中科技大學(xué) 2017
[5]氧化物基白光LED熒光粉的設(shè)計與合成[D]. 侯京山.東華大學(xué) 2014
碩士論文
[1]白光LED封裝用高折射率熒光玻璃制備及其顯色性能調(diào)控[D]. 許旭佳.武漢理工大學(xué) 2018
[2]白光LED用光譜可調(diào)熒光材料的研究[D]. 劉曼.長春理工大學(xué) 2017
[3]功率型混合白光LED模塊照度和色溫控制[D]. 蔡嘉毅.閩南師范大學(xué) 2016
[4]稀土摻雜新型氧化物基白光LED熒光粉的設(shè)計合成及性能研究[D]. 劉馮新.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 2015
[5]Ce:YAG納米粉體及透明陶瓷的制備和性能研究[D]. 汪勇.深圳大學(xué) 2015
[6]溶膠凝膠法制備鋰鋅鋁硅系統(tǒng)微晶玻璃材料的研究[D]. 王晶.武漢理工大學(xué) 2012
本文編號：3071882
【文章來源】：桂林理工大學(xué)廣西壯族自治區(qū)
【文章頁數(shù)】：68 頁
【學(xué)位級別】：碩士
【部分圖文】：
照明光源的發(fā)展Fig.1.1Developmentoflightingsources
桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文2述，隨后由Nakamura和Fasol等人進行了驗證[9]。1996年，日亞化學(xué)公司通過涂有黃色熒光粉（Ce:YAG）的藍色InGaNLED芯片發(fā)明了一種全新的照明設(shè)備，即基于熒光粉和藍光芯片組合的白光LED照明[10]。此后，白光LED的身影涵蓋眾多領(lǐng)域，包括室內(nèi)外照明、汽車照明、顯示屏背光及生物補光等（如圖1.2所示），并以此開發(fā)的附屬產(chǎn)品多達上萬種[11]。圖1.2白光LED的實際應(yīng)用：（a）室內(nèi)照明；（b）汽車激光LED大燈；（c）顯示屏背光模組（miniLED）;（d）植物生長補光燈Fig.1.2PracticalapplicationofwhiteLED:(a)indoorlighting;(b)automotivelaserLEDheadlights;(c)displaybacklightmodule(miniLED);(d)plantgrowthfilllight（1）室內(nèi)外照明：相比于熒光燈、白熾燈，白光LED在能效、使用壽命、色彩還原度、光照色溫可調(diào)等方面的優(yōu)勢更適用于室內(nèi)照明。同時，功能多樣、種類繁多的LED產(chǎn)品可應(yīng)用于任何場景下的照明光源，包括室外路燈、景觀照明、休閑場所以及博物館等專業(yè)照明場地。（2）汽車照明和交通信號燈：在20世紀50年代，鹵素燈的發(fā)明逐漸取代白熾燈成為汽車的主要燈泡，并一直沿用至今。白光LED的高亮度、高穩(wěn)定性和高壽命，成為汽車廠商的首眩汽車上所有照明用品包括大燈、霧燈、尾燈、轉(zhuǎn)向信號燈等均為LED照明光源。此外，白光LED燈光的強穿透性使得其被廣泛用于交通指示，例如信號燈、警示燈之類。（3）顯示屏背光模組：液晶顯示屏（LiquidCrystalDisplay，LCD）作為非發(fā)光性的顯示裝置，須要借助背光源才能達到顯示的功能。MiniLED的出現(xiàn)可以為LCD顯示技術(shù)帶來新的發(fā)展?jié)摿�，它能夠�(qū)崿F(xiàn)局部調(diào)光，并且彌補LCD屏幕出現(xiàn)漏光、耗電大、
桂林理工大學(xué)碩士學(xué)位論文3色彩對比度低等先天條件。（4）棚內(nèi)植物生長補光：近年來，由于市場需求，菜農(nóng)普遍采用溫室大棚生產(chǎn)反季節(jié)花卉、瓜果、蔬菜等，這就對植物生長的光照條件提出需求，而LED補光燈具有光譜范圍廣、節(jié)能高效等優(yōu)點被大量使用。1.2白光LED的介紹1.2.1LED芯片的發(fā)光原理LED芯片是一種半導(dǎo)體材料（例如氮化鎵、砷化鎵等）制備而成的發(fā)光器件，能夠在正向偏壓下發(fā)射高強度光子，實現(xiàn)將電能直接轉(zhuǎn)化為光能的目的。半導(dǎo)體晶片可以分為兩部分：p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體，其中p型半導(dǎo)體以空穴為主，而n型半導(dǎo)體中以電子為主。兩部分半導(dǎo)體結(jié)合形成一個p-n結(jié)。當LED芯片通電開始工作時，p-n結(jié)的動態(tài)平衡就會被打破，p型半導(dǎo)體中的空穴和n型半導(dǎo)體中的電子互相向?qū)Ψ竭w移并復(fù)合；在此過程中，多余的能量以光子的形式進行釋放，從而完成電能到光能的轉(zhuǎn)化，這就是LED芯片的發(fā)光原理（如圖1.3所示）。因此，當LED芯片使用不同的半導(dǎo)體材料時，發(fā)光顏色會隨之改變，例如砷化鎵二極管發(fā)紅光，磷化鎵二極管發(fā)綠光，碳化硅二極管發(fā)黃光，氮化鎵二極管發(fā)藍光[12]。圖1.3LED的發(fā)光原理示意圖Fig.1.3SchematicdiagramofLEDillumination1.2.2白光LED的實現(xiàn)方式自然界大部分的顏色都是由多種顏色復(fù)合形成的。如圖1.4所示，以紅、綠、藍三種顏色為基本色，按照不同的比例混合，就能復(fù)合出包括白色在內(nèi)的任何顏色，這也是實現(xiàn)白光LED的基本原理。目前，實現(xiàn)白光LED的形式包括以下三種：
【參考文獻】：
期刊論文
[1]玻璃陶瓷的研究與發(fā)展[J]. 劉道春,崔利軍. 陶瓷. 2019(11)
[2]照明及顯示用稀土發(fā)光材料[J]. 張霞,陳曉霞,劉榮輝,劉元紅,莊衛(wèi)東. 金屬功能材料. 2019(05)
[3]YAGG:Ce transparent ceramics with high luminous efficiency for solid-state lighting application[J]. Hui HUA,Shaowei FENG,Zhongyu OUYANG,Hezhu SHAO,Haiming QIN,Hui DING,Qiping DU,Zhijun ZHANG,Jun JIANG,Haochuan JIANG. Journal of Advanced Ceramics. 2019(03)
[4]熱處理溫度對溶膠凝膠Bi2O3-SiO2-B2O3系玻璃粉體結(jié)構(gòu)的影響[J]. 陸正華,袁鴿成,劉華,李倩,厲佩賢. 材料科學(xué)與工程學(xué)報. 2019(03)
[5]鋰電池研究中的X射線多晶衍射實驗與分析方法綜述[J]. 張杰男,汪君洋,呂迎春,禹習(xí)謙,李泓. 儲能科學(xué)與技術(shù). 2019(03)
[6]Optical characteristics of Ce,Eu:YAG single crystal grown by Czochralski method[J]. Jingfeng Zhang,Guorui Gu,Xiaoxuan Di,Weidong Xiang,Xiaojuan Liang. Journal of Rare Earths. 2019(02)
[7]Ce:YAG熒光陶瓷摻雜Gd對白光LED發(fā)光性能的影響[J]. 邵秀晨,周圣明,唐燕如,易學(xué)專,郝德明,陳杰. 無機材料學(xué)報. 2018(10)
[8]白光LED用橙色發(fā)射熒光粉Y3Mg2AlSi2O12∶Ce3+的制備研究[J]. 閆世潤,陳曉倩,鄧陶麗,胡建國. 上海師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2017(06)
[9]白光LED用新型YAG:Ce玻璃陶瓷的制備與發(fā)光性能[J]. 崔三川,陳國華,姚樂琪,袁昌來. 中國有色金屬學(xué)報. 2017(09)
[10]白光LED用Phosphor-in-Glass熒光材料的研究進展[J]. 張瑞,王伯陽,王海. 無機材料學(xué)報. 2017(04)
博士論文
[1]白光LED用鈰鋱激活高效藍、綠熒光粉發(fā)光性能的研究[D]. 肖宇.中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院長春光學(xué)精密機械與物理研究所) 2019
[2]白光LED用Ce3+、Eu2+摻雜的幾種典型發(fā)光材料的制備及發(fā)光性能研究[D]. 毛愛君.蘭州大學(xué) 2019
[3]基于f-d躍遷的三種含氧酸鹽稀土熒光材料的制備和性質(zhì)研究[D]. 曾鵬.中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 2018
[4]基于先進封裝材料的高性能LED封裝技術(shù)研究[D]. 雷翔.華中科技大學(xué) 2017
[5]氧化物基白光LED熒光粉的設(shè)計與合成[D]. 侯京山.東華大學(xué) 2014
碩士論文
[1]白光LED封裝用高折射率熒光玻璃制備及其顯色性能調(diào)控[D]. 許旭佳.武漢理工大學(xué) 2018
[2]白光LED用光譜可調(diào)熒光材料的研究[D]. 劉曼.長春理工大學(xué) 2017
[3]功率型混合白光LED模塊照度和色溫控制[D]. 蔡嘉毅.閩南師范大學(xué) 2016
[4]稀土摻雜新型氧化物基白光LED熒光粉的設(shè)計合成及性能研究[D]. 劉馮新.上海應(yīng)用技術(shù)學(xué)院 2015
[5]Ce:YAG納米粉體及透明陶瓷的制備和性能研究[D]. 汪勇.深圳大學(xué) 2015
[6]溶膠凝膠法制備鋰鋅鋁硅系統(tǒng)微晶玻璃材料的研究[D]. 王晶.武漢理工大學(xué) 2012
本文編號：3071882
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