《大功率白光LED用螢光陶瓷製備及其光譜調製研究》是依託中國科學院上海光學精密機械研究所，由周聖明擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：大功率白光LED用螢光陶瓷製備及其光譜調製研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：周聖明
- 依託單位：中國科學院上海光學精密機械研究所
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
當前半導體照明蓬勃發展，其主流技術路線是：氮化物藍光LED激發摻鈰釔鋁石榴石螢光粉產生黃光，合成出白光。但螢光粉存在兩大問題：一是大功率場合與矽膠混合的螢光粉散射嚴重光衰突出；二是光譜中缺少紅光成分，光線炫目，光譜穩定性不夠理想。針對這些問題，本項目提出一種兩層複合結構螢光材料，用透明螢光陶瓷代替螢光粉解決前一個問題，其機理是透明陶瓷螢光材料折射率均一導熱性好沒有高分子材料包裹其中所以抗光衰抗輻照散射小發光性能穩定；利用鈰鉻共摻釔鋁石榴石透明陶瓷或透明薄膜解決後一個問題，其機理是鈰離子吸收藍光，將能量傳給三價鉻離子，實現三價鉻離子紅光發射。其突出優點是：藍光寬頻吸收，紅光寬頻發射，且合成光譜中藍黃紅成分強度可靠層厚獨立調節，調控自由度大，這是靠單一材料摻雜不能實現的，同時避免了在單一材料中摻雜所引起的淬滅溫度降低、能量轉移導致發光強度降低等諸多問題，可獲得高品質白光，具有重要意義。
結題摘要
半導體白光照明由於其高轉換效率等優點而受到廣泛關注。目前使用廣泛、技術成熟的商用白光LED的基本結構是用Ce:YAG螢光粉和環氧樹脂或矽膠混合在一起形成的螢光粉膠封裝藍光GaInN/GaN LED晶片。然而，隨著晶片功率的增大，由於有機樹脂基體熱性能差，老化問題日益嚴重。這導致在白光LED的實際套用中，出現發光效率減退，長期穩定性下降，發光顏色變化，使用壽命降低等問題。為了解決這些問題，透明螢光陶瓷被認為深具潛力。 在本項目研究中，我們利用固相反應和真空燒結方法，製備了一系列高光學質量的透明螢光陶瓷樣品，如Ce:YAG, Cr/Ce:YAG, Al2O3-Ce:YAG 和 MgAl2O4-Ce:YAG。摻Cr能提高透明陶瓷螢光材料的顯色性能，這是因為，隨著Cr摻雜濃度的增加，在藍光的激發下，由於Cr3+離子的2Eg-4A2g的躍遷，導致R9值的增大。但是Ce3+ 和 Cr3+ 離子之間的能量轉移引起的能量損失致使WLED的發光效率下降。設計的Al2O3-Ce:YAG複合相結構是顆粒尺寸2-3μm的Al2O3均勻地分布在顆粒尺寸5-15μm的Ce:YAG基質中。對所製備的複合相Al2O3-Ce:YAG，摩爾比為Al2O3/YAG =0.65陶瓷樣品具有較高的流明效率，達到~95lm/W,在同樣測試條件下比單相的Ce:YAG透明陶瓷高。分散在Ce:YAG基質中作為第二相的Al2O3顆粒能夠改變陶瓷中光的傳播方向，減少由於內部全反射對光出射的約束，提高光的提取效率。要進一步改善流明效率，需要最佳化YAG基質和第二相的顆粒尺寸。然而，在Al2O3-Ce:YAG體系中，通過改變兩相的含量比和燒結溫度難以有效地最佳化顆粒尺寸。我們發現在MgAl2O4-Ce:YAG體系中，MgAl2O4的加入具有對晶粒尺寸和微結構實現調控的效果，複合相MgAl2O4-Ce:YAG陶瓷螢光體，體積比MgAl2O4∕YAG=0.07, YAG相平均晶粒度4.4μm，MgAl2O4相平均晶粒度1.8 μm，獲得了較高的流明效率(99 lm/W)。同時也證實了複合相陶瓷螢光體的微結構最佳化是改善光提取效率的有效方法。
