白光LED封装用高折射率荧光玻璃制备及其显色性能调控

摘要

白光发光二极管（LED）作为第四代绿色照明光源，已被广泛应用于各种领域。目前白光LED最常采用的制备方法是在蓝光芯片表面涂敷黄色荧光粉和环氧树脂（或硅胶）的混合物，但是环氧树脂等有机聚合物的耐热性能较差，在长期的高温工作环境中会老化，难以应用于大功率的器件中。为了增强白光LED的光学性能和可靠性，论文利用多层丝网印刷与低温共烧相结合的方法，在基板玻璃表面制备荧光玻璃。为了匹配黄色荧光粉的折射率和补偿红光成分，论文从高折射率基质玻璃的制备、荧光玻璃结构和性能的表征及荧光玻璃封装白光LED的光学性能等三个方面展开研究，具体研究成果包括： 1）通过对硅硼锌系统玻璃中外掺La2O3和WO3的研究，成功提高了基质玻璃的折射率。当La2O3和WO3的含量为12mol%时，基质玻璃的玻璃化转变温度为545℃，热膨胀系数为81×10-7/℃，460nm处的折射率为1.82，可以满足与基板玻璃热膨胀系数匹配和与黄色荧光粉折射率匹配的要求。在该基质玻璃基础上外掺2mol%的Eu2O3，能够被460nm的蓝光激发，发射615nm左右的红光。 2）通过多层丝网印刷和低温共烧相结合的方法，在基板玻璃表面制备荧光玻璃。研究基质玻璃在不同烧结温度下的透过率，于600℃下烧结获得最佳的透过率。该温度下的基质玻璃能够完全熔融，均匀包裹粘结荧光粉，且不破坏荧光粉结构，尽可能保留其特性。 3）通过对荧光玻璃发光光谱的研究，发现随着黄色荧光粉掺量的提高，荧光玻璃光谱的发光强度呈先增大后减小的趋势。当基质玻璃和黄色荧光粉的质量比为6∶4时，发光强度最强。红色荧光粉或Eu2O3在荧光玻璃中，都能被蓝光激发，发射红光。 4）研究黄色荧光粉掺量、基质玻璃折射率和红色荧光粉/Eu2O3对白光LED光学性能的影响。随着黄色荧光粉掺量的增大，白光LED的出光效率提高，色温和显色指数降低。当基质玻璃和黄色荧光粉的质量比为5∶5时，实现白光输出。随着基质玻璃折射率增大，白光LED的出光效率逐渐提高。Eu2O3和红色荧光粉都能够改善白光LED的显色指数和色温，红色荧光粉改善能力更佳，Eu2O3能保持出光效率。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 引言

1.2 LED简介

1.2.1 LED发光原理与基本结构

1.2.2 白光LED实现方式

1.2.3 白光LED主要性能指标

1.3 白光LED封装

1.3.1 白光LED封装技术

1.3.2 白光LED封装材料

1.4 白光LED封装用荧光玻璃

1.4.1 荧光玻璃制备方法

1.4.2 荧光玻璃研究现状与存在问题

1.5 选题的目的意义与研究内容

1.5.1 目的意义

1.5.2 研究内容

第2章 实验流程与测试方法

2.1 引言

2.2 实验原料与设备

2.2.1 实验原料

2.2.2 实验设备

2.3 实验过程

2.3.1 技术路线

2.3.2 多层丝网印刷制备荧光玻璃的工艺过程

2.3.3 白光LED封装工艺过程

2.4 测试方法

2.4.1 差示扫描量热法

2.4.2 热膨胀系数

2.4.3 X射线衍射

2.4.4 透过率

2.4.5 折射率

2.4.6 微观形貌与成分分析

2.4.7 激发和发射光谱

2.4.8 LED光电测试系统

第3章 Eu2O3掺杂高折射率基质玻璃制备与表征

3.1 引言

3.2 基质玻璃组分设计与表征

3.2.1 基质玻璃组分设计

3.2.2 基质玻璃表征与其高折射率的实现

3.3 Eu2O3掺杂高折射率基质玻璃性能表征

3.3.1 Eu2O3掺量对热学性能的影响

3.3.2 光学性能表征与Eu2O3发光机理研究

3.4 本章小结

第4章 多层丝网印刷荧光玻璃制备与表征

4.1 引言

4.2 烧结温度探究

4.3 荧光玻璃结构与性能研究

4.3.1 物相结构分析

4.3.2 光学性能分析

4.4 本章小结

第5章 荧光玻璃封装白光LED显色性能调控

5.1 引言

5.2 黄色荧光粉掺量对白光LED光学性能的影响

5.3 基质玻璃折射率对白光LED出光效率的影响

5.4 Eu2O3与红色荧光粉对白光LED显色性能的影响

5.5 本章小结

第6章 结论与展望

6.1 全文总结

6.2 研究展望

致谢

参考文献

附录1 攻读硕士学位期间科研成果