白光LED用YAG熒光粉的表面修飾研究.pdf

1、半導(dǎo)體發(fā)光二極管(LED)以其高效節(jié)能、綠色環(huán)保、長壽命等優(yōu)點受到大力推廣，已經(jīng)成為新一代的照明光源。然而到現(xiàn)在為止，LED照明光源主要應(yīng)用于室外照明，還遠(yuǎn)未普及到千家萬戶，這其中一個很重要的因素就是工業(yè)上還不能制備出低成本高效率的白光LED。因此，進(jìn)一步提高LED白光光源的發(fā)光效率是一項非常重要的研究課題，對于促進(jìn)LED光源應(yīng)用的普及很有意義。
　　目前市場上占主導(dǎo)地位的白光LED光源的制備法是利用藍(lán)光LED芯片與黃色熒光粉YA

2、G∶Ce3+組合來實現(xiàn)的，所以提高熒光粉的發(fā)光性能對于增加LED發(fā)光效率是非常重要的。由于現(xiàn)在的商用YAG熒光粉都是通過高溫固相反應(yīng)法來制備的，在這個過程中需要反復(fù)地研磨和粉碎才能得到微米量級的熒光粉顆粒。這樣得到的熒光粉表面含有很多尖銳的棱角，表面受到不同程度的損傷并且引入大量缺陷，從而大大增加熒光粉對光的散射及降低熒光粉的轉(zhuǎn)換效率。針對該缺點，在對國內(nèi)外研究動態(tài)進(jìn)行充分調(diào)研與分析的基礎(chǔ)上，本論文創(chuàng)新性地提出了利用化學(xué)濕刻法來去除掉商

3、用YAG熒光粉的表面棱角及缺陷，從而有效改善其各項發(fā)光性能，具體研究成果如下:
　　(1)氫氟酸溶液(HF)對YAG熒光粉的表面形貌修飾研究:
　　利用40％HF溶液在80℃超聲水浴對YAG熒光粉進(jìn)行處理3h以上后，熒光粉的表面棱角完全被刻蝕掉，表面變得圓滑平整，表面結(jié)晶度也變好（XRD結(jié)果）。PL測量定量地得到，經(jīng)過修飾后的熒光粉對激發(fā)光造成的散射損失降低了3.05％，而且其發(fā)光強(qiáng)度提高了5.5％，熱穩(wěn)定性也有所提高，這是

4、因為熒光粉表面變圓滑，表面缺陷被有效刻蝕掉從而減小了缺陷對光的猝滅作用，提高了其轉(zhuǎn)換效率。
　　(2)氟化銨與醋酸混合溶液對YAG熒光粉的表面形貌修飾研究:
　　研究了不同體積比的氟化銨與醋酸混合溶液對YAG熒光粉的刻蝕效果，并得到在比例為1∶1時，混合溶液的對YAG熒光粉具有非常好的缺陷選擇性刻蝕作用。利用該比例溶液在80℃超聲水浴中對YAG熒光粉進(jìn)行4h左右的處理后，顆粒表面棱角變鈍，表面變得微粗糙。正電子湮滅測試定量地

5、得到了缺陷密度降低了50％以上。PL測量結(jié)果表明，經(jīng)過該混合溶液修飾后熒光粉對激發(fā)光造成的散射損失降低了5.3％，而且發(fā)射功率也增加了13.2％，熱穩(wěn)定性也有所提高。這一方面是由于粗糙化的表面能引起激發(fā)光在顆粒表面的多重散射，從而提高熒光粉的吸收效率;另一方面是由于表面缺陷密度下降使得熒光粉的轉(zhuǎn)換效率得到提高的緣故。
　　本論文的另一項主要研究內(nèi)容是通過旋涂法來制備白光LED平面光源用的遠(yuǎn)程熒光粉片，分別研究粉層厚度、熒光粉濃度及

6、熒光粉形貌對這種平面光源(rp-LED，rp: remote phosphor)發(fā)光效率的影響。具體如下，
　　研究在同一種熒光粉形貌的條件下，不同粉層厚度與不同熒光粉濃度對rp-LED各光色參數(shù)的影響。結(jié)果表明，熒光粉濃度的變化對白光光源的光色參數(shù)影響較大，而粉層厚度的變化對其影響較小，因此可通過適當(dāng)調(diào)整這兩個參數(shù)來制備出符合各種要求的白光LED平面光源。
　　研究在同一粉層厚度與熒光粉濃度條件下，三種不同熒光粉形貌（Ya

7、為未處理，YFC為經(jīng)過氟化銨與醋酸混合溶液處理后和YHF為經(jīng)過HF處理后的熒光粉）對rp-LED光效率的影響。結(jié)果表明，經(jīng)過表面修飾后的熒光粉表面變得圓滑、或是表面棱角變鈍和表面粗糙化并且表面缺陷得到去除能明顯提高白光LED器件的發(fā)光效率，這些結(jié)果與理論非常吻合。
　　本論文的研究工作包括對YAG熒光粉的表面修飾和旋涂法制備遠(yuǎn)程熒光粉片都是屬于簡單易操作，條件可重復(fù)易控制，并可大批量進(jìn)行處理和生產(chǎn)，成本低廉，非常適合工業(yè)化應(yīng)用。因