白光led的发光光谱研究

白光led的发光光谱研究

1led光催化剂制备光刻光刻具有体积小、能耗小、发热量低、寿命长、环保、可平面组装、易用加工的优点。它被称为高品质的绿色照明装置，超越了路灯、红光和hid灯。早在20世纪90年代,日本日亚公司就生产出了第1支以GaN蓝光芯片激发YAG∶Ce3+黄色荧光粉合成白光的LED,但其光谱中缺少红光成分,显色性较差,严重制约了其进入照明领域的发展。目前制备白光LED的主流方法是用LED激发其它发光材料混合形成白光,即用蓝光LED配合发黄光荧光粉和发红光的荧光粉,或者用蓝光LED配合发绿光和发红光的荧光粉等,因此高效稳定的红色荧光粉在改善其显色性方面起着重要作用。目前,许多研究组已经在增加白光LED光谱中的红光成分方面做出了一些研究,李盼来、刘丽、丁红岩等采用离子激活或离子掺杂的方法制备了红色无机荧光粉,毕长栋等通过LED激发红色有机材料MPPV的方法提高白光LED的显色指数和发光性能,宋恩海、王进、刘冲、翟永清等分别通过制备不同的无机红色荧光粉用于提高白光LED的显色指数,J.S.Kim、P.E.Jeon、J.C.Choi和H.L.ParkPN团队采用制备出Ba3MgSi2O8∶Eu2+材料作为LED的无机荧光粉,但该材料制作工艺相对复杂,且存在制备过程不易控制等缺点。本文采用将红色有机材料MPPV粉胶层和YAG粉胶层进行分层点粉的方法,大幅度提高了其显色指数,并利用当今显色指数的标准计算方法对其进行深层次的分析研究。2led器件的制备LED芯片购于武汉迪源光电科技有限公司;MPPV购于西安瑞联近代电子材料有限公司,其吸收光谱如图1所示。无机荧光粉为彩虹LEDYAGMLY-02D型荧光粉;荧光粉胶和封装胶分别采用广州市杰果电子科技有限公司的8866AB硅胶和5212AB硅胶;扩晶机和焊线机分别采用深圳市三合发光电设备有限公司的SH2002型和SH2012型;真空干燥箱为北京科伟永兴仪器有限公司的DZF型真空干燥箱。LED样品制备:先对芯片进行扩晶、刺晶,然后在LED支架上点导电银胶并在烘箱内150℃固晶1h、焊接金线以及点荧光粉(先点红色有机材料MPPV粉胶层然后在烘箱中50℃固化0.5h,再点YAG粉胶层并在烘箱中50℃固化0.5h),最后安装塑料透镜及点密封胶,然后在烘箱中80和120℃条件下各固化1h。其中红色有机材料MPPV与YAG粉的质量分数分别为0、1%、4%和6%。MPPV的吸收谱采用Lambda950UV/VIS/NIRSpectrometerConfigurationandTestCertificate进行测量。器件是在室温和大气环境下采用恒流模式进行测试。LED器件测试是在室温下,使用杭州远方光电信息公司生产的PMS-50紫外-可见-近红外光谱分析系统。3光功率谱分布对色度值的影响图2为红色有机材料MPPV与YAG粉的不同质量分数下白光LED样品的绝对光谱图。从图2可以看出,质量分数为0的样品中是没有红色有机材料MPPV的,当红色磷光材料从有到无时,蓝光LED芯片的辐射强度出现了衰减,并结合图1可知,有机材料MPPV对LED芯片辐射的蓝光能量具有较强的吸收效果,并且随着有机材料质量分数的增加,其吸收越来越强烈,对应的荧光体发射峰出现了红移的现象,当质量分数增大到4%时,荧光体出现了两个比较明显的荧光峰,其中一个为YAG荧光峰,而另一个则为MPPV发光峰,说明MPPV被激发光了,这是由于能量较高的光子注入到有机材料MPPV中,同时MPPV本身具有比较好的电子捕获能力,使该能量传递能够很有效地进行,产生了光致电子转移,从而使MPPV的电子跃迁到较高的能级,并在不同能级之间产生激发跃迁,当其退激发时,即电子回到了基态,释放出能量较低的光子,产生了光致发光,使得该白光LED的发光光谱相对比较饱满,此时的显色指数高达88。下面从显色指数的计算方法着手,分析并研究红光材料在提高白光LED显色指数方面所起的作用,计算显色指数的标准方法,是1965年由CIE制定,1974年修订的“测色法”。评价时采用一套14种实验颜色样品,根据在参照光源下和待测光源下各实验颜色的色差ΔE,计算出光源特殊显色指数:Ri=100−4.6ΔEi(1)Ri=100-4.6ΔEi(1)其中,1~8号实验颜色用于一般显色指数的计算:Ra=18∑i=18Ri(2)Ra=18∑i=18Ri(2)光源的一般显色指数越高,其显色性就越好,对颜色的还原性越好。通常是在已知待测光源的光功率谱分布的情况下,进行显色性计算的,其主要步骤如下:(1)根据待测光源的光功率谱分布,计算待测光源的色度坐标xk、yk、uk、vk及相关色温Tc,其中:u=4x(12y−2x+3)v=6y12y−2x+3(3)u=4x(12y-2x+3)v=6y12y-2x+3(3)(2)由待测光源的光功率谱分布和1~14号实验颜色的光谱辐亮度因数,计算待测光源下1~14号实验色的色度坐标xk,i、yk,i,并根据式(3)求相应的uk,i、vk,i;(3)根据Tc选择参照照明体,查得参照照明体的色度参数uv、vr、cr、dr,以及在参照照明体下实验色的颜色空间坐标U*r,i、V*r,i、W*r,i;(4)根据转换式(4),由待测光源色坐标uk、vk,求ck、dk;以及待测光源下实验色的色坐标uk,i、vk,i,求ck,i、dk,i,并由式(5)计算实验色的适应色位移uk,i、vk,i:c=1v(4−u−10v)d=1v(1.708v+0.404−1.481u)(4)u′k,i=10.872+0.404crckcr,i−4drdkdr,i16.518+1.481crckcr,i−drdkdr,iv′k,i=5.52016.518+1.481crckcr,i−drdkdr,i(5)c=1v(4-u-10v)d=1v(1.708v+0.404-1.481u)(4)uk,i´=10.872+0.404crckcr,i-4drdkdr,i16.518+1.481crckcr,i-drdkdr,ivk,i´=5.52016.518+1.481crckcr,i-drdkdr,i(5)(5)计算待测光源下实验色的U*k,i、V*k,i和W*k,i:W∗k,i=25(Yk,i)13−17U∗k,i=13W∗k,i(u′k,i−ur)V∗k,i=13W∗k,i(v′k,i−ur)(6)Wk,i*=25(Yk,i)13-17Uk,i*=13Wk,i*(uk,i´-ur)Vk,i*=13Wk,i*(vk,i´-ur)(6)(6)求U*r,i、V*r,i、W*r,i与U*k,i、V*k,i、W*k,i的色差ΔEi:ΔEi=(U∗r,i−U∗k,i)2+(V∗r,i−V∗k,i)2+(W∗r,i−W∗k,i)2−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−−√(7)ΔEi=(Ur,i*-Uk,i*)2+(Vr,i*-Vk,i*)2+(Wr,i*-Wk,i*)2(7)根据式(1)和(2),由ΔEi得特殊显色指数Ri和一般显色指数Ra。以上就是用标准方法计算显色指数的主要步骤,即是本文测试白光LED显色指数所采用的方法,从上述理论推导可知既然一般显色指数Ra是由1~8号实颜色的特殊Ri加权平均得到的,下面给出红色有机材料MPPV与YAG粉的质量分数分别为0和4%时的白光LED样品(分别用1和2号样品代替)的Ri的比较结果,如表1所示。从表1可以看出,2号样品相对于1号样品的Ri除了R3的指数有较小幅度的下降以外,其它7个特殊显色指数均较大幅度地提高,并从图2可知,从1~2号样品,加入了MPPV粉胶层,整体的辐射强度相对降低了,但出现了红光波峰,所以在昼光下的色貌带有红光成分的特殊显色指数就会提高,即R1、R8升高了。从样品1~2,虽然整体的辐射强度降低了,但是在昼光下的色貌为带暗灰的黄色、适中黄的绿色、带浅蓝的绿色、浅蓝色、浅紫罗蓝色的光相对于标准光源的色差ΔEi降低了,从式(1)可知,它们对应的特殊显色指数却升高了,即R2、R4、R5、R6和R7提高了。4高显色紫外光led通过调节有机材料MPPV和YAG荧光粉的质量分数比,采用先点1层MPPV粉胶层,然后再点1层YAG粉胶层的分层