荧光粉复合碲酸盐玻璃的制备及性能研究

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白光LED被称为第四代照明光源,因具有体积小、节能环保、响应时间快、寿命长等优点,已广泛地应用在室内照明和户外照明领域。当前主流的LED将荧光粉分散在硅胶中作为封装材料,然而由于硅胶材料的导热性能不好,不能快速散出LED芯片发光所产生的热量,长时间的热辐射和光辐射使硅胶材料易老化发黄,进而促使LED器件出现光效衰减、色温漂移、寿命缩短等问题。鉴于玻璃、陶瓷等无机块状材料具有物化性能稳定、导热率高等特点,用其制备成的发光材料代替硅胶荧光粉混合物进行封装,将大大改善LED器件各项性能。本文通过一步低温共烧结法成功制备出透明度高、光学性能优异的Y3A5O12:Ce3+(YAG:Ce)碲酸盐荧光玻璃,又采用一步低温共烧结法和旋转涂覆法相结合制备出涂有红色薄膜的Lu3A5O12:Ce3+(LuAG:Ce)碲酸盐荧光玻璃。接着利用多种表征手段系统地分析研究了所制备样品的物相结构、微观结构、光学性能、热稳定性能及光电性能,主要的研究成果如下:1、采用一步低温共烧结法成功制备出YAG:Ce碲酸盐荧光玻璃。并通过借助透过率、X-ray diffraction(XRD)、Scanning Electron Microscope(SEM)、荧光光谱和光电性能分析等测试手段研究了YAG:Ce碲酸盐荧光玻璃的相关性能。获得的最佳荧光粉掺杂浓度和荧光玻璃厚度分别为8wt%,0.8mm,用其封装成的白光LED器件的光效为102.6lm/W,色温为6290K,显色指数为71.4,色坐标为(0.3165,0.3311)。变温光谱结果表明,在温度为200℃时,荧光玻璃比荧光硅胶的热稳定性更好。2、通过一步低温共烧结法成功制备出LuAG:Ce碲酸盐荧光玻璃,之后利用旋转涂覆法在荧光玻璃片表面形成一层薄且均匀的CaAlSiN3:Eu2+(CASN:Eu2+)红色荧光薄膜。通过调节CASN:Eu2+荧光粉的掺杂比例和LuAG:Ce荧光玻璃的厚度,可实现涂有红膜的荧光玻璃片封装成的白光LED的色度调控,发出的白光由冷白光过渡到暖白光。最佳的CASN:Eu2+荧光粉掺杂比例和LuAG:Ce荧光玻璃厚度分别为20wt%,1.0mm,用其封装成的暖白光LED器件表现出优异的光电性能,光效为90.65lm/W,色温为3289K,显色指数为91.6,色坐标为(0.4194,0.4004)。最佳条件下制备的大尺寸涂有红膜的LuAG:Ce荧光玻璃片可封装成大功率chip-on-board(COB)器件,应用在大功率LED领域。
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