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。     

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。     

荧光粉配比对大功率白光LED发光特性的影响

利用黄色、红色和黄绿色3种荧光粉混合的方法制备了一系列大功率平面发光LED光源,深入研究了黄色、红色和黄绿色3种荧光粉分别对大功率白光LED光源的发光效率、显色指数以及色温的影响规律。研究结果表明,随着黄色荧光粉含量的增加,其发光效率明显提高,最高可达140 lm/W,而显色指数和色温略有下降。随着红色荧光粉含量的增加,其显色指数明显提高,最高可达85,而发光效率和色温明显降低。随着黄绿色荧光粉含量的增加,其发光效率、显色指数以及色温均不同程度地略有下降,但是其对大功率白光LED的色容差起到很好的调节作用。     

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。     

三芯片集成高显色指数白光LED的研究

运用基于蒙特卡罗的光线追迹方法,对采用"光转换"兼"多色混合"技术的白光LED的显色指数、相关色温、光通量、光辐射功率、荧光粉颗粒密度和色坐标进行了仿真计算和优化选择。通过改变红、绿、蓝三种LED芯片的组合方式和红、绿、黄三种荧光粉的混合方式及各色荧光粉的密度,在保证有合理的光通量输出的条件下,得到了不同色温区的高显色指数白光LED。从显色指数角度看,冷白、正白和暖白光应分别选择BBB芯片+绿、红色荧光粉、BBB芯片+黄、红色荧光粉和RBB芯片+黄色荧光粉组合。实验上测试了采用这几种组合方式的白光LED光谱、显色指数、色温、光通量和色坐标,实验数据与仿真结果基本吻合。     

荧光粉层形状对白光LED空间色温均匀性的影响北大核心CSCD

荧光粉的吸收散射特性、粒径分布及荧光粉涂层的形状对白光LED色温角空间分布具有直接影响。通过Mie散射理论对不同形状的荧光粉涂层进行了光学计算仿真,研究了荧光粉涂层形状对白光LED空间色温分布的影响规律,以及不同形状的荧光粉涂层效率,并从中找出色温均匀性最佳的荧光粉涂层形状。根据仿真结果,采用具有精确控制喷胶量和喷涂位置功能的高速喷胶技术对1mm2大功率芯片的荧光粉涂层的涂敷工艺进行实验制作,控制器件的平均色温在5 000K,获得荧光粉涂层形状对白光LED色温角空间分布影响的测量结果与计算仿真结果相吻合。通过该方法制作的荧光粉涂层使白光LED的最小色温差异达到537K,远优于目前一般采用的荧光粉涂敷技术。     

荧光粉层形状对白光LED空间色温均匀性的影响

荧光粉的吸收散射特性、粒径分布及荧光粉涂层的形状对白光LED色温角空间分布具有直接影响。通过Mie散射理论对不同形状的荧光粉涂层进行了光学计算仿真,研究了荧光粉涂层形状对白光LED空间色温分布的影响规律,以及不同形状的荧光粉涂层效率,并从中找出色温均匀性最佳的荧光粉涂层形状。根据仿真结果,采用具有精确控制喷胶量和喷涂位置功能的高速喷胶技术对1mm2大功率芯片的荧光粉涂层的涂敷工艺进行实验制作,控制器件的平均色温在5 000K,获得荧光粉涂层形状对白光LED色温角空间分布影响的测量结果与计算仿真结果相吻合。通过该方法制作的荧光粉涂层使白光LED的最小色温差异达到537K,远优于目前一般采用的荧光粉涂敷技术。     

LED隧道灯具色温偏移现象解析

针对LED隧道灯色温偏移现象,通过分析LED隧道灯产生白色光的发光机理,探讨LED白光色温偏移现象产生的原因,并结合某品牌LED隧道灯应用实例,从温升、芯片及荧光粉三个方面入手进行详细分析讨论。     

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%。     

荧光粉浓度和电流强度对白光LED特性的影响

讨论了荧光粉浓度及驱动电流强度对白光LED特性的影响。采用软件模拟实验和实际封装测试相结合的研究方法进行分析研究。对荧光粉浓度变化对白光LED光通量和相关色温(CCT)的影响进行了三维光线追迹模拟,并且进行了实际的封装验证。另外对白光LED的节温和显色性也做了深入细致的研究。研究结果表明:CCT随着荧光粉浓度的增大而减小,光通量则先上升后下降。同时由荧光粉浓度和驱动电流强度变化所引起的节温升高会降低荧光粉的转换效率。对显色性而言,采用高浓度荧光粉封装的白光LED有相对低的显色指数;并且显色指数随着驱动电流强度的增加而升高,最终趋于稳定。     

Correlated Color Temperature Tunable Multi-chip Light Emitting Diodes Light Source Design

One of the methods to derive white light from light emitting diodes（LEDs） is the multi-chip white LED technology, which mixes the light from red, green and blue LEDs. Introduced is an optimal algorithm for the spectrum design of the multi-chip white LEDs in this paper. It optimizes the selection of single color LEDs and drive current controlling, so that the multi-chip white LED achieves the target correlated color temperature （CCT）, as well as high luminous efficacy and good color rendering. A CCT tunable LED light source with four high-power LEDs is realized based on the above optimal design. Test results show that it maintains satisfactory color rendering and stable luminous efficacy across the whole CCT tuning range. Finally, discussed are the design improvement and the prospect of the future applications of the CCT tunable LED light source.     

硅酸盐橙色荧光粉的发光性能研究

采用高温固相反应法制备了高效橙色荧光粉Sr3–xSiO5:xEu2+。通过X射线粉末衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)及荧光分光光度计研究了Eu2+含量和不同助熔剂对荧光粉发光性能的影响,并分析了所制荧光粉的封装性能。研究表明,荧光粉Sr3–xSiO5:xEu2+的晶体结构属正方晶系。当Eu2+的摩尔分数为4%,并用质量分数为3%的NH4Cl作助熔剂时,制得的Sr3–xSiO5:xEu2+的发射光谱强度最大。荧光粉封装后可以有效降低白光LED的色温并提高其显色指数,这表明该荧光粉是一种适用于白光LED的光转化材料。     

A design and qualification of LED flip Chip-on-Board module with tunable color temperatures

with the increasing requirements on guaranteeing the color uniformity and improving the luminous efficacy and manufacturing efficiency, a wafer level chip scale packaging (WLCSP) technology has been developed by thermally impressing a thin multiple phosphor film on a LED wafer, then being segmented into individual LED chips. In this paper, a high power white LED Chip-on-Board (COB) module with high color rendering index (CRI, Ra > 93) and tunable correlated color temperatures (CCTs) is prepared by the flip chip technology. In this COB module, the tunable color temperatures are achieved by using two types of white LED CSPs with different target CCTs of 3000 K and 5000 K. The thermal and photochromatic properties and the photochromatic stability of the COB module are studied through both experiments and simulations. The results show that: 1) The measured spectral power distribution (SPD) intensity of the prepared COB module is smaller than the arithmetic sum of SPD intensities of its each series connected CSPs, which may be attribute to the light absorption happened among CSPs; 2) The junction temperature and driven current have the different effects on the photochromatic properties of COB module (i.e. luminous flux, CCT and CRI); 3) The nonlinearity of luminous flux as a function of driven current and junction temperature should be considered in its modeling.     

白光LED封装用蛾眼化荧光玻璃制备及光学性能

针对荧光玻璃封装白光LED存在的全反射损耗问题,制备了一种蛾眼化荧光玻璃用于提高白光LED光学性能。采用光刻和刻蚀工艺在蓝宝石基片的单面上制作出蛾眼阵列结构,再利用丝网印刷和低温烧结工艺在蓝宝石的另外一面制备YAG∶Ce^3+荧光玻璃层,最后将制备的蛾眼化荧光玻璃用于白光LED封装。通过控制荧光层厚度可以有效调节白光LED发光性能,当荧光层厚度为40μm时,白光LED光效为77.8 lm/W,色温为6024 K,显色指数为69.5。与平面荧光玻璃封装结构相比,在100 mA电流下蛾眼化荧光玻璃封装结构的光效提高了24.9%。结果表明,蛾眼化荧光玻璃提高了白光LED光效,有利于促进荧光玻璃封装白光LED的实际应用。     

LED封装中的散热研究

文章论述了大功率LED封装中的散热问题,说明它对器件的输出功率和寿命有很大的影响,分析了小功率、大功率LED模块的封装中的散热对光效和寿命的影响。对封装及应用而言,增强它的散热能力是关键技术,指出对大功率LED和LED模块散热设计很重要,因为大功率白光LED的光效和寿命取决于其散热。目前大功率LED的重点是提高散热能力,说明封装结构和封装材料在提高大功率LED散热中的影响,LED模块的散热是未来的重点。通过选用高热导率材料可以使温度得到显著控制,重点论述了封装的关键技术,最后指出了未来LED封装技术的发展趋势。     

Accelerated life time testing and optical degradation of remote phosphor plates

In this investigation the thermal stability and life time of remote phosphor encapsulant plates, made from bisphenol-A polycarbonate (BPA-PC), are studied. Remote phosphor plates, combined with a blue-light LED source, could be used to produce white light with a correlated colour temperature (CCT) of 4000 K. Spectral power distribution (SPD) and photometric parameters of thermally-aged phosphor plates were measured by Integrated-Sphere. Results show that thermal ageing leads to a significant decrease in the luminous flux and chromatic properties of plates. The photometric properties of thermally-aged plates, monitored during the stress thermal ageing tests, showed a significant change both in the correlated colour temperature (CCT) and in the chromaticity coordinates (CIE x, y). It is also observed that there is a significant decay both in the phosphor yellow emission and in the blue peak intensity. The decrease in the luminous flux is strongly correlated to the deterioration of the chromatic properties of the phosphor plates. The results also show a significant decay of CCT, postulating that the degradation of the remote phosphor plates affects the efficiency of light and the colour of emitted light as well. The decrease of CCT takes place with almost the same kinetics as the lumen depreciation.     

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。     

瓦级大功率白光LED光色电特性研究

文章基于瓦级大功率白光LED在照明领域应用的广泛性和重要性,展开了瓦级大功率白光LED光色电特性的研究。采用大功率LED封装设备与紫外-可见光-近紫外光谱分析系统,制备并测量了瓦级大功率白色发光二极管（LED）在不同正向电流IF驱动下的光通量、电功率、发光效率、发射光谱和色品坐标等参数。研究表明,光通量与电功率随耳的增大呈亚线性增长的趋势,而荧光粉转换效率下降是影响其辐射功率的主要原因之一。当电流增大时,白光LED光谱的蓝光峰值出现先蓝移后红移的现象,而黄光部分光谱形状无明显变化。此外,色坐标x、y值均随着IF的增大而降低,主波长减小,色温值升高。