白光LED的光色品质调制研究
在照明领域,新一代固态照明光源(SSL):LED,因为其低能耗,高发光效率,寿命长,体积小,色彩丰富,耐久性强,无汞污染,价格便宜等已成为研究热点。在过去的十年里,白光LED的不断发展逐渐取代了传统的白炽灯、荧光灯。照明光源可应用于医院、博物馆、植物育种、智能道路照明、室内照明、城市景观照明等多种对色彩敏感的应用领域,不同应用地方下LED的发光效率、色温、显色指数等光学参变量也会有不同标准。所以选择具有优良可靠性,热稳定性和可调LED的光色品质是封装白光LED的关键。 传统的高温固相法,在本文中用于制备硅酸盐类荧光粉,并对比分析了两种粉的热稳定性和可靠性以及在封装LEDs器件中的应用差异。通过3014器件的色度坐标非线性分布规律,拟合得出了任意质量比的复合荧光粉对应的色度坐标与色温,并对其进行了实验检验证和理论辨析,主要探究结果如下: (1)Ca0.2Sr2.73SiO5:0.07Eu2+和Ba0.2Sr2.73SiO5:0.07Eu2+荧光粉采用传统的高温固态法制备得到。对样品进行了X射线衍射、能量色散谱、扫描电子显微镜以及变温发射光谱测试。晶体平均粒径约为15μm。将BSSO(或CSSO)与LuAG:Ce3+荧光粉混合封装的LED表现出在2500K~5000K色温范围内的白光,发光效率最高能够为153lm/W。 (2)在变温发射光谱试验中,CSSO荧光粉的发射光谱强度分别降低到97.8%、88.86%、78.4%、59.2%,与CSSO荧光粉相比,BSSO荧光粉在323k、373K、423K和473K下的发射强度分别提高了1.83%、6.14%、6.51%和2.18%。在冷热冲击、加热水解反应、高温高湿加速老化试验中,晶粒表面腐蚀逐渐严重。在老化试验中,与CSSO相比,BSSO的发射强度分别提高了11.24%、40.54%和20.52%。结果表明,与CSSO荧光粉相比,BSSO荧光粉在不利的外部环境下具有更高的可靠性和热稳定性。 (3)实验组中采用不同质量比的LuAG:Ce3+和CaAlSiN3:Eu2+混合荧光粉封装3014器件,随着G:R比例的增大,3014器件的色温范围可以从2500K的暖光到8000K左右的冷光,色温覆盖范围较大,发光效率数值出现先升高再降低的现象,在G:R=18:1时达到最高值144lm/W,发光效率最低为107lm/W,显色指数大于88。 (4)实验组中通过拟合不同质量比3014器件色度坐标,每种质量比的器件色度坐标分布特点都符合一元二次方程:y=ax2+bx1+c(alt;0,bgt;0,clt;0)。经过实验色温与拟合色温的对比可得:G:R=10:1具有2K的色温差。对不同质量比方程对应的三个系数a、b、c分别进行第二次数据拟合,也满足一元二次曲线方程,这就是最终得到的数学模型。5组具体实验对其进行验证,验证组结果表明:色度坐标拟合规律与实验组中的是相似的,拟合方程与黑体辐射线有唯一交点,依然符合一元二次方程特点,而且方程的拟合度高于99%,经过验证组与拟合色温之间的差值对比,两者色温差最大为173K,最小为5K,平均差值为77K,平均相对误差为2.567%。相邻质量比对应的色温差在1000K左右,3014器件的色温跨度可以从2000K的暖白光到7000K的冷白光。显然,当G:R为12:1时,对应的色温差是15K,3014器件的色温为3375K,当色温差为最大556K时对应的质量比为16:1,3014器件的色温为6726K,说明与高色温冷白光的3014器件相比,该色度坐标非线性数学模型更适合低色温白光3014器件,与实验组拟合的结果一致。
白光LEDs;光电性能;光色品质;硅酸盐类荧光粉;高温固相法
上海应用技术大学
硕士
材料化学工程
张灿云
2020
中文
TQ422;TN312.8
2021-11-15(万方平台首次上网日期,不代表论文的发表时间)