白光发光二极管的制备及白光led的白光激发

白光发光二极管的制备及白光led的白光激发

1荧光材料的研究由于其绿色环保和节能环保的优点，现代光源得到了广泛认可。目前,实现白光LED的方式主要有3种[1~3]:红绿蓝三基色芯片组合;紫外光激发多基色荧光粉;蓝光LED芯片激发黄色荧光粉YAG:Ce。其中最常用的是以蓝光LED芯片激发YAG荧光粉,但这种方式获得的白光光谱中缺少红光成分,从而影响了显色指数的提高,因此添加光谱中的红光成分对于提高LED的显色指数有积极意义。为增加白光LED中红光光谱的成分,已经展开了许多研究[6~15]。梁田静等人[9~14]采用LED激发红色有机材料MPPV,DCJTB的方法[9~14]提高LED的显色指数和发光性能,使得显色指数可以达到92;李艳菲等人采用老化试验说明荧光粉受温度影响比较严重,当散热条件不好时,荧光粉更易光衰老化,并且蓝光芯片输出功率下降,导致激发的荧光粉功率下降。2012年12月,Hiroki等人报道了一种虽为荧光材料但发光效率在90%以上的发光材料“Hyperfluorescence”。此前,发光效率为25%以上的材料只有采用稀有金属的磷光材料,而这种新材料不使用稀有金属。通过分子设计,使得激发一重态(S1)与激发三重态(T1)之间的能极差减小至0.1eV以下,T1激子受热激发反向跃迁到S1能级上,通过S1态辐射发光。这种发光方式使得荧光材料激子利用率理论上可达到100%。由于这种材料的升华温度很高,其电致发光较为困难。本文利用这种新型高效荧光材料4CzTPN-Ph的光致发光特性,将不同质量分数的高效荧光材料4CzTPN-Ph加入到黄色YAG粉中,研究其对白光LED显色指数的影响。2实验2.1实验材料及仪器实验所使用的LED芯片购于台湾晶元光电股份有限公司;支架购于东莞石排宝昌电子厂;荧光粉为彩虹LEDYAGMLY-02D型;高效荧光材料4CzTPN-Ph购于西安宝莱特光电科技有限公司,分子结构如图1所示;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。实验过程中,使用的扩晶机和金丝球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。高效荧光材料4CzTPN-ph的吸收与激发特性特性分别采用尤尼柯4802双光束紫外可见分光光度计及OmniFluo系列组合式荧光光谱测量系统进行测量;白光LED采用杭州远方光电信息公司生产的WY精密数显直流稳流稳压电源恒流驱动,显色指数等参数采用该公司生产的PMS-80紫外-可见-近红外光谱分析系统进行测量。2.2高效荧光材料测试线先对芯片进行扩晶、刺晶,然后在LED支架上点银胶,再进行固晶。完毕后焊接金线,并对芯片进行初次测试。再进行点粉,点粉时,分别在荧光粉中混合质量分数为0、1、2、3、7和11%的高效荧光材料。然后放入干燥箱中120℃固化1h,安装塑料透镜及点密封胶,同样放入干燥箱中120℃固化1h,取出进行最终测试。2.3紫外-可见-近红外光谱分析系统pms采用杭州远方光电信息公司的WY精密数显直流稳流稳压电源供电,采用该公司的PMS-80紫外-可见-近红外光谱分析系统对制备好的白光LED进行相关参数的测量。将4CzTPN-ph溶解于甲苯,将溶液滴到基片表面,采用旋涂方式制成均匀薄膜,测量其吸收光谱和发射光谱。3掺杂荧光材料实验结果及分析图2是焊接金线后的LED芯片在340mA电流作用下的电致发光光谱,6组样品光谱图均相同。从图可以看出,芯片发射蓝光,并且发射峰值为445nm,半高宽在21nm左右。图3是4CzTPN-Ph的吸收光谱图。从图可以看出,它对紫外光部分吸收较强烈可以达到40%,随着波长增加,吸收率有所减小,在445nm时降至10%。这说明,4CzTPN-Ph可以吸收部分蓝光。波长增加至560nm时发现,吸收率仍维持在10%左右,说明对于黄绿光也有所吸收。随后,吸收率逐渐下降为0。虽然4CzTPN-Ph主要吸收部分位于紫外光区,但4CzTPN-Ph对于蓝光芯片和黄色YAG荧光粉具有相同的吸收率且都在10%,并且作为热激活延迟荧光材料,研究其掺杂效果对于LED的影响具有积极意义。图4是在波长为445nm的蓝光作用下的发射光谱。从图可以看出,550~750nm区间内只有一处明显的发射峰,其峰值波长在600nm,同时在650nm左右也有所辐射。这说明,4CzTPN-Ph可以吸收蓝光能量并且发射出红光。图5是340mA电流驱动下在YAG:Ce荧光粉中掺杂不同比例4CzTPN-ph时的白光LED相对光谱。从图可以看出:1)未掺杂时的相对光谱只有两处明显的波峰,一是由芯片发射出的445nm的蓝光,二是由YAG荧光粉吸收蓝光能量发射出的560nm的黄光,这部分黄光与剩余的蓝光结合形成白光;2)当掺杂浓度从1%升高至7%时,光谱中出现600nm左右的红光波峰,并逐渐强烈,并且黄光波峰随掺杂浓度的升高先升高后下降,由图2可以看出,这主要是由于4CzTPN-ph对黄光的吸收率较低,随着掺杂浓度的升高吸收作用逐渐表现出来。相较未添加4CzTPN-Ph的器件,黄光峰值大幅下降的原因是由于此时高效荧光材料吸收黄色YAG荧光粉,发生非辐射复合,此时的能量热能或者声子的形式辐射出去,随掺杂浓度的增加,器件内部以辐射复合为主,因此黄光及红光的峰值逐渐上升,当掺杂大于7%时黄光波峰有明显的下降趋势,当掺杂浓度为11%时黄光峰值和红光峰值均下降,这说明存在一个最佳的掺杂比例使得器件效果最佳。图5中,600nm处红光波峰的增加主要源于4CzTPN-ph吸收黄光能量辐射出红光。并且随着掺杂浓度的增加光谱宽度逐渐增加,表现出了光谱展宽现象。其中当掺杂浓度为11%时,红光峰值减小且光谱宽度减小,造成这种现象的原因有可能是当掺杂浓度超过最适宜浓度时,4CzTPN-ph不能实现有效的光辐射转换,而是以热的形式辐射出去,从而导致红光光谱下降。结合以上可以看出,4CzTPN-ph可以吸收560nm波长的黄光,其吸收率在10%左右,并且可以吸收445nm的蓝光发射出600nm左右的红光,吸收率也在10%左右。因此,这部分红光可以增加由蓝光激发YAG粉产生的白光光谱中的红光成分,并且出现了光谱展宽现象。利用这种方法得到的白光显色指数最大可以达到87.3%,可以有效提高器件的性能。4cztpn-ph的测试1)