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蓝光芯片与YAG荧光粉的组合具有结构简单、可靠性高等优点,是白光LED照明的主流方式。现有LED照明的光效仍然偏低,远未达到2001m/W的理论值,进一步提高光效一直是该领域研究的重点。目前的研究主要集中在提高芯片效率、改善散热效果及提高荧光粉量子效率等方面。与这些思路不同,本文探索使用荧光粉表面包覆的方法来提高出光效率。
YAG荧光粉折射率高(1.823),而外层封装胶的折射率较小(1.4),基于YAG荧光粉的光吸收和光发射主要集中与颗粒浅表层的考虑,出射光在光密-光疏界面存在较大比例的全反射,从而会导致荧光粉的光取出效率下降。本文尝试在荧光粉表面包覆一层高折射率、高透明的粗糙表面膜层,以减少全反射、增大出光效率。
本文选择CeF3和GeO2两种材料作为包覆物质,使用了非均相沉淀的方法来实现对荧光粉表面膜层形态的控制,并深入研究了非均相沉淀工艺参数对表面膜层形态的影响。
CeF3的包覆通过硝酸铈和氟化铵的液相沉淀反应来实现。研究表明,当反应温度为30℃~40℃、前驱液加料比例3.5%~5%、氟化铵比例为1:2.5、滴加速度为1ml/min时,可以获得均匀连续致密的粗糙CeF3颗粒膜层。CeF3包覆YAG荧光粉后的光效略有下降,本文认为可能是由于CeF3对可见光有吸收所致。
本文尝试GeC14水解法和锗酸盐酸诱导沉积法两种方法以实现GeO2的包覆。其中GeCl4水解法难以获得良好的包覆效果。锗酸盐酸诱导沉积法的研究表明,当反应温度为65℃,酸的加入量为10ml,酸稀释比例为1:30时,可以获得连续致密的粗糙颗粒膜层,颗粒大小约100nm~200nm。XRD分析表明,沉淀物相为Na3HGe7O16-4H2O,并非预想的GeO2,但该物质对250nm~800nm波长范围内的光均无吸收,折射率(1.62)也与GeO2相近,同样是一种理想的包覆材料。该物质包覆后,YAG荧光粉的相对亮度和封装后光效均有
1%的提高。
本文还对该技术的实际效果进行了分析和讨论,并展望了该技术应用于其他领域的可能性。