發(fā)布時間：2020-08-03 07:53

【摘要】：白光LED作為第四代照明光源,相對于傳統(tǒng)照明光源,在光效、壽命、亮度和節(jié)能方面具有很大的優(yōu)勢。對傳統(tǒng)白光LED器件的研究發(fā)現(xiàn),熒光粉對傳統(tǒng)的熒光粉白光LED器件的性能有很大影響。在這種封裝結(jié)構(gòu)中,由于熒光粉與環(huán)氧樹脂不能完全混合均勻,導(dǎo)致其光學(xué)均勻性較理論值相差較大。另外,雖然LED電光轉(zhuǎn)換效率高,被稱為冷光源,但在大功率LED器件的工作過程中,產(chǎn)生的熱量仍然可觀。由于兼具透鏡作用的環(huán)氧樹脂的包覆,LED器件熱量散發(fā)受阻,結(jié)溫過高會導(dǎo)致熒光粉性能下降,也會使環(huán)氧樹脂老化、甚至脫落。因此急需用新型的熒光體材料來克服這一問題。本論文通過用散熱特性較好的Ce:YAG透明陶瓷作為熒光體進行封裝,旨在努力克服LED器件的散熱問題。目前制備Ce:YAG透明陶瓷主要有兩種方式:一種是先制成Ce:YAG納米粉,然后進行固相燒結(jié);另一種是在真空或氣氛條件下直接反應(yīng)燒結(jié)成型。相對于前者,直接通過反應(yīng)燒結(jié)法制備熒光體能夠節(jié)省時間、節(jié)約資源,利于其工業(yè)化生產(chǎn)。本論文采用的是一步反應(yīng)燒結(jié)法制備熒光體。分別利用真空和常壓反應(yīng)燒結(jié)法制備出Ce:YAG陶瓷,并對陶瓷和封裝器件進行系列表征和對比分析。通過所制備陶瓷的X射線衍射物相結(jié)構(gòu)分析得知,兩種燒結(jié)方式得到的產(chǎn)物均為YAG相,未見第二相。制備出的Ce:YAG透明陶瓷硬度較大,超過了1400kg/mm2。由陶瓷斷面掃描電鏡和透過率分析可以發(fā)現(xiàn),真空燒結(jié)反應(yīng)法制備的透明陶瓷致密度比常壓燒結(jié)的更高,內(nèi)部孔隙較少,陶瓷具備一定的透過率。對制備的Ce:YAG透明陶瓷進行激發(fā)光譜和發(fā)射光譜檢測,發(fā)現(xiàn)激發(fā)光譜波長在340nm和458nm處,發(fā)射光譜在545nm處,發(fā)射光譜范圍是490nm-675nm。說明該透明陶瓷可以在藍(lán)光的激發(fā)下產(chǎn)生黃光,用作白光LED器件的熒光體,該透明陶瓷片的量子效率在60%以上。將真空燒結(jié)法制備的Ce:YAG透明陶瓷片封裝為COB白光LED器件,進行分析測試,包括光效和光通量,色坐標(biāo)和色溫,顯色指數(shù)和色容差等光電色參數(shù)。并將Ce:YAG黃色熒光粉以同樣工藝封裝并測試其性能,與透明陶瓷封裝器件性能對比。由于人眼對555nm附近的黃光較敏感,因此,在一定范圍內(nèi),增加Ce~(3+)的含量或陶瓷片的厚度可以提高其光通量和光效。通過顯色指數(shù)和色坐標(biāo)測試可以知道,0.25%和0.5%摻雜濃度的透明陶瓷封裝成的白光LED器件相對于純白色坐標(biāo)顏色均偏黃,說明其厚度較厚或者Ce~(3+)較高。綜合比較各性能,在1750°C真空反應(yīng)燒結(jié)條件下,摻雜濃度為0.25%、厚度為0.4mm的透明陶瓷封裝的LED器件光效最高,光學(xué)性能較好。對封裝的白光LED器件進行色容差檢測發(fā)現(xiàn),其色容差較大,與市場要求還有一定差距。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TQ174.7;TN312.8
【圖文】：

該 LED 器件能夠發(fā)出純度較高的黃光。直到 80 年代，對 GaAs、AlP 等材料的研究加深，將其使用在 LED 器件上，產(chǎn)生了第一代高強度 LED 器件。20 世紀(jì) 90 年代，隨著對 LED 研究的深入，技術(shù)也變得更加全面。在 LED器件上開始采用 AlInGaP，相繼產(chǎn)生了橙黃、黃、綠等顏色的 LED 器件。1994年，日本研發(fā)出第一只藍(lán)光 LED 器件。隨后在這一技術(shù)基礎(chǔ)上，日本中村修二成功研制出了第一只白光 LED。通過在藍(lán)光 LED 器件的芯片上涂覆 YAG:Ce3+熒光粉，在藍(lán)光芯片的激發(fā)下，YAG:Ce3+熒光粉可以產(chǎn)生黃光，從而藍(lán)光和黃光合成白光，制成白光 LED。在激發(fā)產(chǎn)生的黃光和芯片發(fā)出的藍(lán)光的共同作用下發(fā)出白光[11]。人類開始進入白光 LED 時代，中村修二也被稱為“白光 LED之父”。這種通過光源激發(fā)熒光粉并進行光轉(zhuǎn)換的方式成為之后大部分 LED 器件的實現(xiàn)原理。目前商業(yè)化白光 LED 的主要實現(xiàn)方式是通過藍(lán)光 LED 芯片+YAG:Ce3+熒光粉這一方式。21 世紀(jì)以來，各國對 LED 器件研發(fā)的關(guān)注和投入越來越多，LED 產(chǎn)業(yè)取得了告訴發(fā)展，光效也不斷提高。2013 年，美國 CREE公司宣布，該公司制備的大功率白光 LED 光效高達(dá) 276lm/W，是目前已知大功率白光 LED 的最大光效[12]。圖 1-1 是熒光粉制備的 LED 器件的發(fā)展歷程圖。

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p 型半導(dǎo)體以空穴為主，而 n 型半導(dǎo)體中電子占據(jù)主導(dǎo)地位。兩部分半形成一個 p-n 結(jié)。圖 1-2 是 LED 器件的發(fā)光原理圖。LED 開始工作時的動態(tài)平衡就會被打破，p 型半導(dǎo)體中的空穴和 n 型半導(dǎo)體中的電子互遷移并復(fù)合；在這一過程中，將多余的能量以光子的形式進行釋放，電能到光能的轉(zhuǎn)化。這就是 LED 的發(fā)光原理[14]。而 LED 器件發(fā)光的于發(fā)光的波長和頻率，主要決定因素是 p-n 結(jié)的材料能量 Eg，其單位特(eV)，發(fā)光波長和頻率與材料能量的關(guān)系如下[15]：Eg=hv/q=hc/ λq (1-λ=hc/(qEg)=1240/Eg(1-中 h——普朗克常數(shù)；v——電子運動速度；q——載流子電荷；c——光速；λ——光的波長。

圖 1-3 直插式 LED 和大功率 LED 的基本結(jié)構(gòu)[17]LED 的主要組成部分有支架、引腳、芯片、金線和環(huán)氧樹脂五個部分。其制造過程是；先將藍(lán)光 LED 芯片固定在支架上，引出陰極和陽極，然后用金線將藍(lán)光 LED 芯片與陰極和陽極連接起來。接著將反光罩罩在藍(lán)光 LED 芯片上，起到聚光和固定的作用。最后，將混合了 YAG:Ce3+熒光粉的環(huán)氧樹脂包覆在藍(lán)光 LED 芯片上，形成一層透明的環(huán)氧透鏡。環(huán)氧樹脂的作用是保護芯片，并且還有一定的聚光作用。在白光 LED 器件的制作中，需要將 YAG:Ce3+熒光粉均勻混合在環(huán)氧樹脂中，并涂覆在藍(lán)光 LED 芯片表面，在藍(lán)光的激發(fā)下，可以使LED 產(chǎn)生白光。直插式 LED 和大功率 LED 的基本結(jié)構(gòu)如圖 1-3 所示。1.3 白光 LED 實現(xiàn)原理及存在的問題1.3.1 白光 LED 發(fā)光原理生活中采用的照明光源大都是白光光源，因此白光 LED 器件的制備也極為重要。白光并不是單色光，而是由多種顏色的單色光混合而成。白光 LED 的發(fā)

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

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本文編號：2779332