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白光LED具有耗电量小、寿命长、环保、响应速度快等优点。随着发光效率的提高和生产成本的降低,白光LED必将成为继白炽灯、荧光灯、高强度放电灯后的新一代照明光源。目前商品化的白光LED主要由蓝光芯片与黄光荧光粉组合而成,蓝光芯片发射的蓝光与荧光粉被蓝光激发而发射的黄光混合生成白光。商业化的荧光粉虽然取得了巨大的成功,但依然存在着效率低,老化严重,均匀性差,光衰大,寿命短,物化性能差等缺点,严重影响白光LED的性能。
本论文提出利用MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷荧光材料来取代目前商用的荧光粉来制备白光LED。由于YAG和MgAl2O4都具有立方相晶体结构,具有光学均匀性,无双折射效应等特征,所以,可以采用合适的工艺制备出透光性好的MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。采用金属醇盐法制备MgAl2O4前躯体,通过高温煅烧2~4 h得到纯相MgAl2O4粉体,再将其与YAG∶Ce荧光粉均匀混合,利用热压烧结并结合热等静压处理得到MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷。利用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、背散射电子像(BSE)和电子能谱仪(EDS)对透明陶瓷样品进行物相和显微结构分析。实验表明样品由MgAl2O4和YAG两相组成,YAG晶粒(8μM)均匀地分散在MgAl2O4基质中。样品(厚度为1mm)主吸收峰位于460nm处,对530nm光的直线透过率为60%。
利用荧光光谱仪对样品进行光学性能分析。样品在340nm、475nm处有两个激发峰,发射光谱在533nm处有一宽峰,属于Ce3+的5d→4f特征跃迁发射,其荧光寿命为59.74ns。
该透明陶瓷封装蓝光芯片所得白光LED器件在35mA驱动下发光效率为133.47 ml·W-1,其寿命及色温稳定性优于采用传统方式封装的白光LED。
在大电流700mA加速老化实验450h后,MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷封装的白光LED光衰约为17%,色坐标发生发现了小幅漂移,且白光LED的色温几乎没有发生变化;而采用荧光粉和硅胶混合涂覆的商业用白光LED经过450h大电流老化后,光衰下降40%,色坐标由(0.3172,0.2897)迁移至(0.3129,0.2853),色温由8000K上升到了16000K,变化非常很大。
实验结果均表明MgAl2O4/Ce∶YAG透明陶瓷是一种可用于白光LED的新型荧光材料。