低色温高显色性大功率白光LED的制备及其发光特性研究

用GaN基大功率蓝光LED芯片作为激发光源，分别用荧光粉转换法和红光LED补偿法制备了不同相关色温及显色指数的白光LED。对器件的发光特性研究表明，采用监光LED芯片激发单一黄色荧光粉，虽可以获得光通量和发光效率较高的白光LED，但其色温较高，显色性较差；在黄色荧光粉中添加红色荧光粉，由于光谱中红色成分的增加，可降低器件的色温，并提高器件的显色性，但由于目前红色荧光粉的转换效率较低，致使器件的整体发光效率不高；采用蓝光LED芯片激发黄色荧光粉，同时用红光LED进行补偿，通过调整蓝光和红光LED芯片的工作电流以及荧光粉的用量，可获得低色温和高显色性白光LED，而且整体发光效率较高。     

实现色温自动控制的白光LED照明系统设计

荧光粉发光LED作为白光光源在照明领域有着广泛的应用。长时间工作,荧光粉发光LED将出现色温偏移现象。荧光粉发光LED的色温偏移与芯片衰减和荧光粉衰减有关。提出了一种能同时考虑芯片衰减和荧光粉衰减的数学模型。从理论上分析了芯片衰减和荧光粉衰减对荧光粉发光LED的色坐标及色温变化的影响。提出了一种利用蓝光LED与荧光粉发光LED混合,通过对蓝光LED进行负反馈控制,保证蓝光辐射在全白光中的辐射功率比值恒定,从而实现色温稳定的白光LED照明系统。     

白光LED荧光粉荧光外量子效率的准确测量

利用光学软件仿真的方法分析了积分球涂层特性、不同测量方法对荧光粉荧光外量子效率测量准确性的影响。为提高传统方法的测量精度,提出了基于内置标准散射片于积分球中的准确测定LED荧光粉荧光外量子效率的新方法,制作了专用实验系统,测试结果显示商用的不同LED荧光粉荧光外量子效率存在差距较大,数值在0.744到0.92之间,且实验测试结果和理论仿真规律一致。当积分球吸收系数在1%～5%间变化时,测试系统误差可控制在2%的范围之内。     

大功率集成LED光转换光源的研制

介绍了一种应用远程激发技术的大功率集成LED光转换光源,通过使用固晶区无绝缘层的镜面铝基板进行集成封装蓝光LED光源,即COB光源。所制蓝光光源与远程激发荧光粉模块结合制成LED光转换光源。利用镜面铝基板的高导热系数,解决多种LED封装形式下芯片点亮温度过高、光源衰减快的问题。采用LED荧光高分子模块与蓝光芯片分离结合的远程激发技术制成白光光源,解决荧光粉分布不均、热老化、色偏移问题。通过与传统粉胶封装方式制得的大功率集成LED器件比较测试,该种光源具有防眩光、光色均匀度高、长寿命、节能和环保的优点,从而具有更广泛的用途。     

InGaN蓝光LED量子效率与注入电流的关系研究

研究了InGaN蓝光LED量子效率随注入电流的变化关系,当注入电流还未达到额定电流时,LED量子效率就随着注入电流增加而快速降低。通过Matlab计算出在俄歇复合的无辐射复合机制下量子效率与注入电流的理论关系式。与实验值的拟合结果显示,大电流注入下,LED的效率衰落同时由俄歇复合及其产生的热电子从发光有源区泄露引起。由蓝光LED这一效率-电流特性,提出了增强InGaN蓝光LED效率的途径。     

大功率发光二极管的寿命试验及其失效分析

以GaN基蓝光LED芯片为基础光源制备了大功率蓝光LED,并通过荧光粉转换的方法制备了白光LED.对大功率蓝光和白光LED进行了寿命试验,并对其失效机理进行了分析.结果表明,大功率LED的光输出随时间的衰减呈指数规律,缺陷的生长和无辐射复合中心的形成,荧光粉量子效率的降低,静电的冲击,电极性能不稳定,以及封装体中各成分之间热膨胀系数失配引起的机械应力都可能导致大功率LED的失效.     

白光LED荧光粉远场涂覆光学性质

研究了白光LED远场隔离封装中隔离距离对发光效率及相关色温(CCT)的影响。实验结果表明,低电流输入条件下,白光LED的发光效率随芯片表面到荧光粉层距离变化是非线性的,当芯片表面到荧光粉层距离为0.88mm时具有最佳发光效率74lm/W,白光LED相关色温随着距离的增加呈线性下降。这为白光LED的一次光学设计提供了实验依据。     

白光LED荧光粉研究及应用新进展

基于白光发光二极管技术的迅速发展以及荧光粉对白光LED器件的发光效率、显色性和使用寿命等性能的决定性影响,系统阐述了蓝光LED芯片激发用铝酸盐、硅酸盐、氮化物和氮氧化物系列黄色、红色和绿色荧光粉的研究进展和应用现状。探讨了上述荧光粉的研究重点、发展趋势和应用前景,指出需要进一步提高铝酸盐黄粉的发光效率,开发新型高光效氮化物和氮氧化物红粉和绿粉及其低成本制备技术,以满足高光效、高显色、低光衰型白光LED器件制作需要。     

垂直结构LED和倒装结构LED的发光特性研究

研究了1.16 mm GaN基蓝光芯片的垂直封装结构LED和倒装封装结构LED在驱动电流达到和超过工作电流350mA的发光特性和变化趋势.随着驱动电流的逐渐增大,与垂直结构LED相比,倒装结构LED光通量的饱和电流值增加350mA,在1 200 mA电流时的光通量高出25.9％,色温的异常电流值增加了400 mA,发光效率平均提高81 m/W.实验结果表明,倒装结构LED具有更高的抗大电流冲击稳定性和光输出性能,可有效提高LED在实际应用中使用寿命.     

影响白光数码管光学性能的研究

通过分析LED封装材料中固晶胶对白光的影响,给出了不同固晶胶对白光LED光衰的效果图;通过分析荧光粉对白光LED光性能的影响,给出了用同一成分荧光粉加不同波长蓝光芯片形成的CCT/Ra关系图、同一波长蓝光芯片加不同成分荧光粉CCT/Ra关系图和蓝光芯片激发下荧光粉的相对亮度随温度的变化;通过分析配粉胶对白光LED光性能的影响,给出了不同折射率硅胶封装的白光LED光衰情况和膜清洗后不同折射率硅胶封装的白光LED光衰情况影响。从而可以依据光性能的需要,选择相应封装材料,并进行白光LED的封装设计与制造。     

荧光层形状对大功率白光LED光学性能的影响

为确定荧光层形状对大功率白光LED光学性能的影响,对蓝光LED发光晶片激发黄色荧光粉产生白光的荧光涂布工艺进行了研究。分别通过大面积点胶、晶片表面点胶和保形荧光胶涂布工艺制得白光LED样品,利用积分球和角度测试机对白光LED的光学性能进行测试,结果表明,保形荧光层白光LED的色温、光强分布和发光角度等光学性能优于大面积点胶和晶片表面点胶白光LED的光学性能。     

光子晶体GaN LED与量子点的共振能量转移

正设计并研制了光子晶体结构GaN LED,实现了光子晶体GaN LED提取效率的提高及其到胶体量子点的共振能量转移,能量转移效率达到79.50%。设计了光子晶体GaN LED器件结构,利用光刻、感应耦合等离子体刻蚀等工艺研制了光子晶体GaN LED器件,制作的光子晶体区域边缘光滑,满足实验的要求。采用积分球收集LED发光来测试LED的P-I-V曲线,测试了在p-GaN上刻蚀光子晶体的LED在不同电流下输出功率与晶格常数、占空比的关系。研究发现:50 mA驱动电流下,晶格常数为14μm、半径与晶格常数比为0.25的光子晶体GaN LED输出功率比无光子晶体GaN LED提高21%以上。该研究对实现高效率胶体量子点电注入发光器件具有借鉴价值。     

蓝光LEDs的转换荧光粉发光效率的测量

本文研究了YAG:Ce荧光粉的色点红移的现象.当YAG晶格点阵中的Y被 Gd 激发或添加了Pr作为 Ce 的共同催化剂时就会发生这种现象.测量了在(Y,Gd)AG:Ce和YAG:Ce,Pr荧光粉样品内部的效率,其激发光线的波长为 470 nm.其结果表明这两种荧光粉的发光效率分别随着Gd和Pr聚集而降低.SrGa2S4:Eu.是另外一种常用的转换蓝光 LED 的颜色的荧光粉.室温下,这种荧光粉效率很高,理论上其发光效率比 YAG:Ce 的发光效率高出 33%.对这种荧光粉效率的测量结果表明其制作过程是影响性能的主要因素.将这种荧光粉印刷在放在-个或多个蓝光 LED 前面的屏幕的表面,测得其发光效率高达 364 lm/W.     

玻璃壳内表面涂覆YAG荧光粉的白光LED球泡灯

优化YAG荧光粉涂层配方和工艺,在传统球泡灯玻璃外壳内侧涂覆YAG荧光粉;蓝光LED芯片采用单坑板上芯片封装(COB),使蓝光芯片之间不存在光的相互吸收;选用塑料外壳,且其内部为铝制散热结构,结合高效非隔离驱动电源,优选LED芯片串联数量,制作出白光LED球泡灯。当LED芯片串联个数为30时,非隔离驱动电源输出电压为102 V,效率大于90%。在市电下,整灯光通量为212 lm,发光效率为91.95 lm/W。该灯外观新颖,能够通过玻璃外壳表面均匀出射白光,扩大球泡灯的发光角度,达到防眩光的目的。     

基于峰值电流可调的PWM调光方法减小LED漂移

荧光粉和发光二极管(LED)芯片的发光性质受 电流和结温影响,其变化使白光LED调光时产生 色漂移。通过对白光LED在线性调光和脉冲宽度调制(PWM)调光下色度学参数的 测试分析发现, PWM调光具有更优异的色稳定性;温度升高导致荧光粉转换效率降低;峰值电流增大 致使蓝光与荧 光粉的匹配程度降低。为了进一步降低PWM调光过程中的色漂移,采用峰值电流可调 的PWM调光方 案,当相关色温CCT大于设定值时,可通过降低峰值电流增加占空比的方法 降低CCT,反之则通过增 加峰值电流降低占空比的方法增加CCT。实验结果表明,通过调整峰值电流可补 偿因荧光粉转换效 率变化造成的色漂移,在预设调光范围内的CCT变化小于33 K。对目标 CCT与色稳定范围的关系进行了探讨。     

功率型白光LED平面涂层技术研究

基于水溶性感光胶的白光LED表面涂层技术,阐述了含有荧光粉感光胶悬浮液的配比和封装结构对白光LED出光效率的影响,提出了相应的改进措施,通过实验证实提高了白光LED器件的整体性能.同时,对利用该法得到的功率型白光LED进行了光衰减测试,LED在700mA电流下点亮168 h后,光输出为初始光输出的95.95%,满足实用要求.     

基于Spectr0320e光谱仪的白光LED荧光粉性能测试

我国LED产业发展非常迅速,稀土钇铝石榴石（YAG）系列荧光粉广泛应用于白光LED。德国InstrumentSystems公司的Spectr0320e光谱仪适合光谱的精确测量,文章结合Spectr0320e和远方公司的PE-5荧光粉激发装置,实现蓝光激发下黄色YAG荧光粉的色品坐标、相对亮度、量子效率等参数精确的测试,研究了仪器在不同的测试条件如暗电流、光电倍增管、密度滤光片等设置的不同,对测试结果的影响,并给出利用本装置测试荧光粉时应该注意的事项。     

沉粉工艺COB LED光源发光效率研究

研究了常规荧光粉涂覆工艺和沉粉工艺COB封装白光LED的发光效率、色漂移及光通量等参数的电流依赖关系,对实验结果进行了理论分析。研究结果表明,采用沉粉工艺时,更多的荧光粉集中在LED芯片表面,理论上提供了更好的散热通道,但是LED芯片电光转换时产生的热量和荧光粉光致发光产生的热量均集中在芯片附近,导致芯片附近温度升高,在几种效应的共同作用下,沉粉工艺制作的COB LED的发光效率在不同电流下均低于常规工艺的3%～5%。     

荧光粉发光层对白光LED平面光源发光特性的影响

以COB形式封装的白光LED平面光源为研究对象,系统研究了平面封装结构中荧光层对白光LED平面光源发光特性的影响.采用丝网印刷法制备了不同浓度与印刷层数的荧光层,并采用平面封装的LED蓝光光源作为激发光源,以类比法研究分析了不同发光层膜厚对白光平面光源平均照度、色坐标和光通量等参数的影响,系统地阐述了发光层对平面光源发光性能的决定因素及工艺优化条件.结果表明,当荧光粉浆料浓度为46％～53.6％,厚度为20～38 μm时,结合平面蓝光LED激发可以获得照度大、颜色纯正的白光LED光源,且白光LED平面光源具有较高的光通量值,表现出优良的光学特性.     

蓝光GaN基Micro-LED芯片制备及激光剥离工艺研究

基于半导体制造工艺,制备了尺寸为50μm×80μm的蓝光氮化镓(GaN)基MicroLED芯片。芯片的正向导通电压在2.55V左右;测试了10颗LED芯片在1mA注入电流下的电压值,得到的最大值和最小值分别为3.24和3.12V,波动幅度在4%以内。在1mA的测试电流下,测试芯片的EL光谱峰值波长和半高宽分别为453和14.4nm,芯片的外量子效率可达12.38%,芯片发光均匀且亮度很大。测试结果表明,所制备的Micro-LED芯片具有优异的光电性能。此外,通过激光剥离技术,实现了Micro-LED芯片的转移。研究了激光剥离工艺对MicroLED芯片光电性能的影响,发现在优化的工艺条件下,激光剥离对芯片的光电性能几乎无影响。这些结果有助于小间距微尺寸LED芯片阵列及显示技术的研究。