熒光粉的溫度猝滅性質(zhì)對WLED光參數(shù)的影響

頡信忠

（天水華天科技股份有限公司，甘肅天水741000）

熒光粉的溫度猝滅性質(zhì)對WLED光參數(shù)的影響

頡信忠

（天水華天科技股份有限公司，甘肅天水741000）

照明用白光LED大多數(shù)是由藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色YAG∶Ce3+系熒光粉得到。熒光粉的溫度猝滅性質(zhì)顯著地影響WLED的光效和光色參數(shù)，通過利用LED加速老化與壽命測試系統(tǒng)，研究了用YAG∶Ce3+系熒光粉制成的WLED在60 mA電流驅(qū)動下的變溫亮度和500 h內(nèi)的光色參數(shù)變化，結(jié)果表明溫度會顯著影響WLED的光效、光色參數(shù)。

白光LED；YAG：Ce3+熒光粉；溫度猝滅

白光LED（簡稱：WLED）作為一種新型的固體光源，以其節(jié)能、環(huán)保、壽命長、體積小等優(yōu)異的特性在信號指示、圖像顯示、照明等方面有著極為廣闊的應(yīng)用前景。因此，WLED的光效、光色參數(shù)和穩(wěn)定性越發(fā)受到人們的關(guān)注。多數(shù)WLED的發(fā)光機(jī)理是通過藍(lán)光LED芯片激發(fā)黃色YAG∶Ce3+系熒光粉得到白光［1］，熒光粉作為WLED制程中重要的原材料，其物化性質(zhì)和形貌特征顯著地影響著WLED的質(zhì)量。如今，人們已經(jīng)對白光用熒光粉的制備工藝、摻雜改性、亮度、顯色性和粒徑控制等方面做了很多的研究和改進(jìn)工作，但是對于其應(yīng)用終端的溫度穩(wěn)定性卻鮮有研究?；诖?，本文主要研究熒光粉的溫度依賴性即熒光粉的溫度猝滅性質(zhì)，對WLED光效光色參數(shù)和可靠性的影響。

1　　實(shí)驗(yàn)部分

1.1溫度猝滅發(fā)生原因分析

溫度猝滅又稱熱猝滅，指發(fā)光材料隨著溫度的上升，其發(fā)光強(qiáng)度下降，發(fā)射光譜紅移的現(xiàn)象。溫度猝滅性質(zhì)會引起熒光粉熒光強(qiáng)度、相關(guān)的激發(fā)峰位或者熒光峰值的變化，導(dǎo)致其應(yīng)用產(chǎn)品WLED發(fā)生光衰，使WLED的光效、光色參數(shù)和可靠性發(fā)生變化。熒光粉發(fā)生溫度猝滅可能有多種原因，但起主要作用的可以歸納為以下兩個(gè)方面。一是由于溫度的升高，晶格振動加劇，從而使發(fā)光中心的晶格弛豫增強(qiáng)，無輻射躍遷幾率增大，發(fā)光效率降低；二是由于溫度的升高，使發(fā)光中心的狀態(tài)或周圍的微環(huán)境發(fā)生某種本質(zhì)性變化，從而降低了發(fā)光效率。

1.2實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)中使用的設(shè)備是由遠(yuǎn)方光電提供的LT-200A LED加速老化與壽命測試系統(tǒng)，其溫度波動度為±0.5℃，測溫精度為±1℃，分辨率為0.1℃，色品坐標(biāo)重現(xiàn)性為±0.0003。使用的WLED光源為0.2 W，28 mm×35 mm貼片型光源，光源采用的封裝膠為有機(jī)硅樹脂材料，其折射率≥1.54、透光率≥90%。使用藍(lán)光芯片激發(fā)黃色YAG∶Ce3+系熒光粉（發(fā)射峰值波長為534 nm），藍(lán)光芯片主波長在452.5～455.0 nm，熒光粉D50粒徑為15 μm±1 μm。上述原材料均屬于同一批次，因此排除了批次性干擾因素。

使用以上原材料制作藍(lán)光和白光兩種樣品各20顆，通過稱量膠重篩選樣品，以排除膠重差異的影響因素，分別記作藍(lán)光1號～藍(lán)光20號樣品，白光1號～白光20號樣品。之后用LT-200A LED加速老化與壽命測試系統(tǒng)設(shè)置溫度梯度，分別為55℃和85℃。并將藍(lán)光1號～藍(lán)光10號樣品、白光1號～白光10號共20顆樣品置于55℃實(shí)驗(yàn)箱，將藍(lán)光11號～藍(lán)光20號樣品、白光11號～白光20號共20顆樣品置于85℃實(shí)驗(yàn)箱進(jìn)行老化實(shí)驗(yàn)，加熱時(shí)間500 h，每隔10 h逐顆收集光源的光電參數(shù)。

2　　實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

LED老化測試是產(chǎn)品質(zhì)量控制非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，但在很多時(shí)候往往被忽視，不能進(jìn)行正確有效的老化。LED老化方式包括恒流老化及恒壓老化，恒流老化是一種最符合LED電流工作特性、最科學(xué)的LED老化方式；過電流沖擊老化也是廠家最新采用的一種老化方式，通過使用頻率可調(diào)，電流可調(diào)的恒流源進(jìn)行此類老化，以期在短時(shí)間內(nèi)判定LED的品質(zhì)預(yù)期壽命，并且可挑出很多常規(guī)老化方式無法暴露的隱患產(chǎn)品。光度是光源發(fā)光強(qiáng)度和光線在物體表面的照度以及物體表面呈現(xiàn)的亮度的總稱。圖1是500 h老化過程中所有樣品的相對光度變化分布圖。

圖1所有樣品的相對光度變化分布圖

隨機(jī)從藍(lán)光1號～藍(lán)光10號、白光1號～白光10號、藍(lán)光11號～藍(lán)光20號、白光11號～白光20號樣品中各選擇1顆樣品的老化數(shù)據(jù)，得到四顆樣品老化過程的相對光度曲線，如圖2所示。

從圖1、圖2可以看出，兩種溫度老化下，藍(lán)光樣品的亮度差異甚微。相反，白光樣品的亮度差異較為顯著，老化結(jié)束后，85℃比55℃老化條件下的亮度低10%左右。由此可見，升溫對藍(lán)光芯片發(fā)光效率和封裝膠水出光效率的影響甚微。相反，溫度對熒光粉發(fā)光效率的影響非常顯著，并由此引發(fā)色度學(xué)性能的劣化。

圖2四顆樣品老化過程的相對光度曲線

3結(jié)　　論

YAG∶Ce3+系黃色熒光粉溫度猝滅效應(yīng)對白光LED的光效和光衰性能的影響非常顯著。鑒于此，在熒光粉開發(fā)階段，通過適當(dāng)?shù)南⊥翐诫s使熒光粉發(fā)射波長藍(lán)移從而改善猝滅性能。LED封裝過程中，根據(jù)所選用熒光粉種類和性能的不同，差異化地選取芯片波段，從而緩解猝滅效應(yīng)。LED應(yīng)用端，通過改進(jìn)燈具的散熱設(shè)計(jì)，最大可能地降低燈具內(nèi)部溫度［2］，可以明顯降低猝滅效應(yīng)的影響，維持整燈的光色參數(shù)穩(wěn)定。另外，由數(shù)據(jù)可見燈珠在老化450 h以后，相對光度較為穩(wěn)定。因此評估整燈的光色參數(shù)時(shí)，至少應(yīng)在老化450 h后，方可獲得較為穩(wěn)定可靠的數(shù)據(jù)。

［1］ 肖華.LED熒光粉的發(fā)光性能分析和測試［D］.廈門：廈門大學(xué)，2014.

［2］ 劉木清.照明用LED光效的熱特性及其測試與評價(jià)方法的研究［D］.上海：復(fù)旦大學(xué)，2009.

Influence of Temperature Quenching of Phosphoron the Luminous Property of WLED

XIE Xinzhong
（Tianshui huatian technology co.，Ltd，Tianshui 741000，China）

Coating the LED chips with a series of YAG∶Ce3+yellow phosphor constitutes the major method to realize white LED lighting.The temperature quenching of phosphor directly determines the luminous property of WLED（white-light LED）.In this paper，by using the accelerated aging and life testing system，researches focusing on thelight brightness differences of WLED made of YAG∶Ce3+phosphor under 60 mA an diverse temperatures in 500 hours.The luminous flux test shows that the temperature significantly affected luminous efficacy and property.

White-light LED；YAG：Ce3+phosphor；Temperature quenching

TM923.01

B

1004-4507（2016）06-0064-03

頡信忠（1992-），男，甘肅天水人，2014年于蘭州大學(xué)獲得學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)主要從事LED封裝制程及材料相關(guān)的工作。

2016-04-01