白光LED荧光粉的性能表征与测量

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1、‘白光LED荧光粉的性能表征与潮量白光LED荧光粉的性能表征与测量李莉1牟同升’·3张万生2(1浙江大学现代光学仪器国家重点实验室。浙江杭州3100272中国电子集团公司第十三研究所。河北石家庄0500513杭州浙大三色仪器有限公司．浙江杭州310013)摘要：基于蓝光LED芯片和荧光粉制备白光LED的技术已经成为半导体白光照明非常重要的技术路线，并实现了商业化。芯片与荧光粉的匹配优劣是影响白光LED性能的重要因素；针对这一问题，本文提出了LED荧光粉的性能表征与测量方法。采用了一种双分光式荧光粉测量系统，得到了荧光粉在单色波长激发下的量子效率；通

2、过与蓝光LED芯片光谱加权积分，得到了蓝光LED芯片激发的白光LED光谱、光度及色度性能参数。实验结果表明，通过荧光粉光谱激发量子效率，可以有效地评价LED芯片激发的白光LED荧光粉的光学性能。关键词：荧光量子效率；半导体照明；白光LED；1引言目前世界各领域都对环境保护、节约能源提出了更高的要求，在照明行业也备受瞩目。在．我国，照明能量损耗占能量总消耗的15％左右，因而开发利用高效率的照明设备显得非常重要。半导体LED照明光源，具有低能耗、长寿命、高可靠性、易维护等优点，前景的光源。蓝光LED芯片激发的白光LED，是基于荧光和颜色混合原理，在蓝光

3、LED芯LED芯片上涂敷荧光粉制备而成，是当前实现高效白光照明最是21世纪最具有发展图1白光LED的构造粉重要的技术之一，其构造如图1⋯1。芯片与荧光粉的匹配性能是影响白光LED性能的重要因素。荧光粉的选取需满足：荧光粉的激发光谱与LED芯片的发射光谱匹配，使得荧光粉在选用的蓝光LED芯片激发下获得高的能量转换效率；同时，荧光粉的发射光谱与蓝光LED芯片的发射光谱的匹配，使部分蓝光被荧光粉吸收，透射部分与荧光粉发出的黄绿光组合，其色度达到照明所规定的范围要求，显色性满足室内照明(Ra优于80)或室外照明(Ra优于70)的要求[2】。2LED荧光粉测

4、量原理根据激发光源的不同，LED荧光粉光谱测量通常利用蓝光LED芯片直接激发荧光粉，发一113—中闵光学光电子行业协会光电器件分会第十一届全闫LED产业与技术研讨会图2芯片激发测量荧光粉方法出白光，获得荧光粉在某种芯片激发下的光谱特性，如图2所示。这种测量方法简单，但在实际的应用中存在较明显的问题：①实际使用图3单色光激发测量荧光粉方法中的蓝光LED芯片的发射光谱会有较大的差别，不同批次的蓝光芯片峰值波长和带宽都会有很大的变化；②目前LED芯片大多采用脉冲测量方法，测量的发射光谱是在25℃温度下的参数，实际LED往往工作在较高的结温度下，发射光谱及

5、光功率与LED芯片厂家提供的参数有一定差别。因此，很难实现LED芯片与荧光粉性能的最佳匹配。目前，也有采用荧光分光光度计测量荧光粉的激发光谱和发射光谱；利用激发单色仪产生的单色激发光，激发荧光粉发光；发射单色仪再对发射的荧光进行分光，发射光谱由光电探测器测量。这类仪器主要是通过测量荧光的激发和发射光谱来分析材料的成分和结构，因而，仪器具有如下特点①本文介绍的系统是利用双分光荧光光谱辐射度计，测量荧光粉在一定光子功率激发下的发射光谱功率分布，如图3所示。这种方法与传统荧光分光光度计相比又有如下特点：①入射在样品上的激发光的功率或光子数精确测量；②发射

6、光谱辐射分析仪的光谱响应函数精确定标；③发射光谱仪的光谱采样函数为等腰三角形，采样间距△入与仪器单色仪带宽6入的关系满足：1△九=÷6九(N为整数)(1)满足上述关系的光谱辐射分析仪在整个光谱范围内具有平整的响应函数，能对带有明显线光谱的发射光谱得到准确的光谱功率分布，可用于光度、色度及辐射度参数的计算；否则光谱响应函数对各波长响应不一样，测量光谱不准确，如图4所示[41。a．中心波长为加的光谱仪采样函数为等腰三角形c．A九=8九(或bA九=6丸，N)d．AA<6A图4离散采样时采样间隔～九与单色仪带宽5九关系对光谱响应函数的影响。对波长分辨率要求

7、较高，对特征谱线灵敏；②一仪器的发射光谱响应函数通常在出厂时校正，3测量方法日常使用中一般不需校正；③激发光谱考虑到3．1实验装置光源的波动和衰减一般用罗丹明方法进行校正根据LED荧光粉测量原理，测量装置如图心1。此外，有些仪器具有自动狭缝或探测器高5所示⋯。分激发和发射光谱仪两部分，激发压控制来提高探测的灵敏度和动态范围。一114—白光LED荧光粉的性能表征与灏量光源由紫外氘灯和可见卤钨灯组成，波长范围为200nm-800nm。激发光源经激发光谱仪分光，出射的单色光进入试样室光学系统，一部分经过分光器反射到参考探测器上，用于监测激发光源的光功率变

8、化，另一部分照到样品上。经单色光激发的荧光粉发射光经过透镜会聚，光纤传输到发射光谱分析仪中。从而测得荧光粉在某一波长激发下