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        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制

        作者: 時間:2011-11-02 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

          YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制(Y3Al5O12: CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制早在20世紀(jì)60年代就已被研制出來,并且被應(yīng)用于陰極射線飛點掃描管中(陰極射線的牌號為P46),它主要是利用該的超短余輝(<0.1μsec)特性和亮度特性。后來,在70年代被應(yīng)用在高壓汞燈中,主要用來提高高壓汞燈的顯色性。進(jìn)入90年代后,該熒光粉成為藍(lán)光晶片首選的熒光材料,由于在器件中對熒光粉的要求不完全等同于上述兩種器件的要求,因此有必要對該熒光粉進(jìn)行更進(jìn)一步的研制。

        一、研制過程

          將Y2O3、CeO2、Al2O3或其取代物Gd2O3或Lu2O3、助熔劑等原料混合均勻,放入剛玉坩堝中,在一定的還原氣氛下,于1300-1600℃灼燒 2-4小時,冷后經(jīng)后處理成為最終的熒光粉。光學(xué)性能用Fluorolog 3 型熒光分光光度計及SPR-920D型光譜輻射分析儀測試,顆粒特性用Coulter 顆粒計數(shù)儀測試,粉的封裝應(yīng)用在本公司技術(shù)中心完成。

        二、結(jié)果與討論

          1、CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制含量的影響

          選擇4種濃度的激活劑,在同等工藝條件下,制出的粉發(fā)射波長及亮度隨CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制含量增加,波長略有紅移,亮度增加至一定程度后下降。
        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制
        圖一:不同CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制含量對YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制發(fā)射光譜的影響

          2、助熔劑的影響

          助熔劑一般多為金屬氟化物,為了避免較多的外來金屬離子引入,又能使激活劑更好地進(jìn)入基質(zhì)晶格中,我們選用了CeF3作為合成YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制熒光粉的助熔劑。在灼燒溫度一定情況下,助熔劑的量就大大影響了粉體的顆粒狀態(tài),助熔劑量越多,顆粒越大,因此通過選擇合適的助熔劑量,得到中心粒徑合適,顆粒分布好的YAG粉。

          3、 AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代物的影響

           3.1 GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制 的影響

          GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制時,隨著GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代量的增加,熒光粉的發(fā)射波長向長波移動,同時顯色性好,但亮度降低。當(dāng)AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制完全被GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代后,合成的Gd3Al5O12: CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制幾乎不發(fā)光。所以取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制的GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制量在滿足發(fā)射峰值的前提下,應(yīng)盡可能減少。

        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制
        圖二:不同GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制量對YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制發(fā)射光譜的影響

           3.2 LuLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制的影響

          LaLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制后發(fā)射波長向短波移動,GdLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制后向長波移動,但LuLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制后反而向短波移動,說明鑭系收縮的規(guī)則并沒有明顯地體現(xiàn)在發(fā)射光譜中。此外,LuLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制完全取代AlLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制后形成的Lu3Al5O12: CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制并不像Gd3Al5O12: CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制那樣發(fā)光微弱,而是具有較強(qiáng)的發(fā)射能量。

        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制
        圖三:不同LuLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制量對YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制發(fā)射光譜的影響

          4、幾種YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制熒光粉粉體性能和應(yīng)用性能的比較

          以下比較圖中4#為國外粉,其余皆為國內(nèi)粉,其中5#為通士達(dá)粉,3#、6#為臺灣粉。

           4.1 激發(fā)和發(fā)射光譜的比較

          粉體的激發(fā)光譜直接關(guān)系到晶片材料波長范圍的選擇,而發(fā)射光譜關(guān)系到發(fā)光二極管的亮度、色溫和顯色性,這些都是普通照明光源的重要指標(biāo)。

        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制
        圖四:不同廠家粉激發(fā)光譜比較

        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制
        圖五: 不同廠家粉發(fā)射光譜比較

           4.2 顆粒度的比較

          粉體顆粒大小直接影響膠體的配制及涂敷效果,顆粒偏大,亮度較高,但涂敷效果差,顆粒偏小,涂敷性能好,但亮度偏低,因此尋找一種中心粒徑合適,顆粒分布好的粉,可達(dá)到易配膠、易涂敷、亮度高、光衰小的效果。

        LED用YAG:Ce3+熒光粉的研制
        圖六:不同廠家粉顆粒度比較

           4.3 YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制熒光粉的應(yīng)用試驗

           將以上廠家的粉應(yīng)用在∮5封裝20mA的二極管上(臺灣晶片),數(shù)據(jù)見表一。

        編號

        廠家名稱

        色溫(K)

        色坐標(biāo)(x/y)

        顯色指數(shù)(Ra)

        光通量(lm)

        1

        國產(chǎn)1

        7003

        0.3064 / 0.3241

        80.5

        4.32

        2

        國產(chǎn)2

        13746

        0.2805 / 0.2709

        84.4

        3.84

        3

        臺灣1

        4772

        0.3562 / 0.3891

        71.8

        4.97

        4

        國外粉

        5105

        0.3406 / 0.3188

        82.1

        4.06

        5

        通士達(dá)粉

        6385

        0.3153 / 0.3350

        80.4

        5.08

        6

        臺灣2

        6099

        0.3208 / 0.3300

        81.6

        4.18

        三、結(jié)論

          根據(jù)藍(lán)光LED器件的光學(xué)特性,對YAG:CeLED用YAG:Ce3+熒光粉的研制熒光粉進(jìn)行了一系列的研制,最終生產(chǎn)出性能穩(wěn)定的高亮度熒光粉,制成∮5封裝20mA的白光二極管后,光效達(dá)到75lm/W,顯色指數(shù)大于80,適合小功率普通照明之用。



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