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《温州大学》 2016年
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白光LED用Ce:YAG荧光玻璃的制备及光电性能的研究

黄俊  
【摘要】:开展白光LED的研究是一项非常有前景的工作,已经受到了许多科学家和工程师的青睐。相比于白织灯和荧光灯,LED灯有节能、高光效、长寿命等明显的优点。目前,用蓝光InGaN芯片组合用硅胶或环氧树脂封装的Ce:YAG荧光粉仍然是获得白光LED的主要方式。然而,由于硅胶或树脂的热导率太差,硅胶或树脂长时间在高温工作环境下容易老化、黄化,导致LED的光效降低、色坐标偏移。因而,兼有玻璃和陶瓷优点的微晶玻璃应时而生,其展现出制备周期短、成本低、物化性能稳定、导热性能优异、透明性好、光学性能优异等优势。为了研究具有优异光学性能的Ce:YAG微晶玻璃材料,本论文中采用两种不同的方法制备了Ce:YAG透明微晶玻璃,优化了制备工艺并确定了光电性能最佳的制备条件。与蓝光芯片匹配封装后,白光LED器件的光学性能完全可以超越商用白光LED,且展现出优异的热稳定性,能满足大功率白光LED的应用要求。利用XRD、SEM、荧光光谱等测试手段分析了样品的物相结构、微观结构及发光性能。通过前期的工作,取得的研究成果主要包括:1.通过熔体冷却析晶法成功地制备了透明的Ce:YAG微晶玻璃。本文研究了不同Pb/Si摩尔比对物相结构、微观结构、发光性能的影响。耦合蓝光芯片后,研究了不同Ce3+离子掺杂浓度和微晶玻璃片厚度对白光LED器件发光效率和色坐标的影响。在Ce3+离子掺杂浓度为0.6%和微晶玻璃片厚度为1mm时,发光效率达到最高值97.1lm/W,色温为5561 K,显色指数为69.3。2.通过phosphor in glass(PiG)法成功地制备了透明的Ce:YAG微晶玻璃。本文采用了两步烧结法和一步烧结法成功地制备了透明的Ce:YAG微晶玻璃,对比了两种制备方式获得的样品在物相结构、微观结构、发光性能方面的差异。同时研究了荧光粉浓度、烧结温度、烧结时间对光谱性能的影响。此外,我们也研究了不同荧光粉浓度和微晶玻璃片厚度对白光LED器件光电参数的影响。耦合蓝光芯片后,封装的白光LED器件的发光效率可达到125 lm/W,色温为4329 K,显色指数为68,能很好的满足大功率白光LED的应用要求。
【关键词】:白光LED Ce:YAG 微晶玻璃 制备 光电性能
【学位授予单位】:温州大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:TQ171.73
【目录】:
  • 摘要4-6
  • ABSTRACT6-11
  • 第一章 绪论11-29
  • 1.1 引言11-12
  • 1.2 白光LED概述12-16
  • 1.2.1 LED的结构与发光原理12-13
  • 1.2.2 白光LED的实现形式13-14
  • 1.2.3 LED封装技术14-15
  • 1.2.4 LED发展中存在的问题15-16
  • 1.3 荧光材料的分类16-27
  • 1.3.1 荧光粉16-19
  • 1.3.2 陶瓷19-20
  • 1.3.3 单晶20-22
  • 1.3.4 微晶玻璃22-27
  • 1.4 本论文的研究意义和主要内容27-29
  • 1.4.1 研究意义27-28
  • 1.4.2 研究内容28-29
  • 第二章 实验技术与测试手段29-37
  • 2.1 前言29
  • 2.2 实验技术29-32
  • 2.2.1 实验方法29-30
  • 2.2.1.1 熔融冷却析晶法29-30
  • 2.2.1.2 PiG法30
  • 2.2.2 实验原料与仪器30-32
  • 2.3 测试分析手段32-37
  • 2.3.1 透过率测试32
  • 2.3.2 X射线衍射分析(XRD)32
  • 2.3.3 扫描电镜分析(SEM)32-33
  • 2.3.4 荧光光谱分析33
  • 2.3.5 电光参数测试33-37
  • 第三章 熔体冷却析晶法制备Ce:YAG荧光玻璃及光电性能37-47
  • 3.1 引言37
  • 3.2 实验部分37-39
  • 3.2.1 玻璃组分设计37-38
  • 3.2.2 微晶玻璃的制备38-39
  • 3.2.3 微晶玻璃的表征39
  • 3.3 结果与讨论39-45
  • 3.3.1 X射线粉末衍射(XRD)分析39-40
  • 3.3.2 场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析40-41
  • 3.3.3 荧光光谱分析41-45
  • 3.4 本章小结45-47
  • 第四章 PiG法制备Ce:YAG荧光玻璃及光电性能47-61
  • 4.1 引言47-48
  • 4.2 实验部分48-49
  • 4.2.1 微晶玻璃的制备48
  • 4.2.1.1 两步法烧结微晶玻璃48
  • 4.2.1.2 一步法烧结微晶玻璃48
  • 4.2.2 玻璃样品的表征48-49
  • 4.3 结果与讨论49-59
  • 4.3.1 透过率分析49
  • 4.3.2 X射线粉末衍射(XRD)分析49-50
  • 4.3.3 场发射扫描电子显微镜(FESEM)分析50-51
  • 4.3.4 荧光光谱分析51-52
  • 4.3.5 光电参数分析52-53
  • 4.3.6 热稳定性质分析53-54
  • 4.3.7 荧光光谱影响因素的分析54-58
  • 4.3.8 光电参数影响因素的分析58-59
  • 4.4 本章小结59-61
  • 第五章 论文结论与展望61-63
  • 5.1 结论61-62
  • 5.2 未来的工作方向62-63
  • 参考文献63-71
  • 致谢71-73
  • 硕士期间发表的学术论文73

【参考文献】
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