姜西娟， 张思璐, 张方辉

(1.中国船级社质量认证公司， 北京 100007； 2.陕西科技大学 电气与信息工程学院， 陕西 西安 710021)

0 引言

LED具有体积小、节能、高效、寿命长、响应速度快、驱动电压低等优点[1]，近年来在照明、显示等领域的应用日益广泛.目前，实现白光LED的途径主要有三种[2,3]：一是利用红、绿、蓝三基色LED芯片组合实现白光；二是利用芯片发射的蓝光激发黄色YAG粉实现白光；三是利用近紫外LED芯片发出的近紫外光激发红、绿、蓝三基色荧光粉得到白光[4-8].第二种途径具有工艺简单、成本低、光效高的特点，已成为白光LED制备的主流技术，但是利用这种方法得到的白光光谱中缺乏红光成分.为了弥补其缺失的红光成分，一般采用在黄色YAG：Ce荧光粉中掺杂红色荧光材料，提高LED光谱中的红光成分，以增加白光LED的显色指数及色温等.梁田静等人[9-12]研究了惨杂红色有机荧光染料MPPV、DCJTB[13,14]对白光LED的显色指数和发光性能的影响，使显色指数提高到92.王治龙[15]、李沅英[16]、成建波[17]等合成了Y2O2S:Eu体系的红色荧光粉，并惨杂到白光LED中，提高了白光LED的显色指数，但其发光效率不甚理想.庄卫东[18]等合成了二价铕激活硫化物和三价铕激活碱土过渡金属复合氧化物2个系列的红色荧光粉，提高了白光LED的发光稳定性.康明[19]等采用溶胶-凝胶法合成了红色荧光粉，制造出了三基色白光LED.

与荧光材料相比，理论上磷光材料受激后具有更高的转化效率.本文利用红色磷光材料R-4B，将其掺杂进入黄色YAG粉中，研究R-4B的吸收光谱、发射光谱以及不同掺杂比例的R-4B对白光LED显色指数，光谱的影响.

1 实验部分

1.1 材料与设备

研究所使用的LED芯片购于台湾晶元光电股份有限公司；封装支架购于东莞石排宝昌电子厂；YAG：Ce荧光粉为彩虹LED YAG MLY-02D型荧光粉；磷光材料R-4B购于西安瑞联近代电子材料有限责任公司；荧光粉胶和封装胶分别采用广州市杰果电子科技有限公司的8866AB硅胶和5212AB硅胶.实验过程中所使用的扩晶机和金丝球焊线机分别采用深圳市三合发光电设备有限公司的SH2002型和SH2012型；真空干燥箱为北京科伟永兴仪器有限公司的DZF型；R-4B薄膜沉积系统采用沈阳高真空研究所生产的多功能镀膜机.磷光材料R-4B的吸收与激发特性分别采用尤尼柯4802双光束紫外可见分光光度计及OmniFluo系列组合式荧光光谱测量系统进行测量；白光LED采用杭州远方光电信息公司生产的WY精密数显直流稳流稳压电源恒流驱动，显色指数等参数采用该公司生产的PMS-80紫外-可见-近红外光谱分析系统，进行测量.

1.2 样品制备与性能表征

R-4B薄膜制备及性能测试.利用真空蒸镀的方法，在4×10-4Pa的高真空下，于玻璃基片上蒸镀磷光材料R-4B薄膜，研究所制备薄膜的吸收、与激发特性.

LED样品制备及性能测试.对芯片进行扩晶，刺晶，然后在LED支架上点银胶，再进行固晶，然后焊接金线.共制备了6组样品.在340 mA电流的作用下，测量样品的光致发光光谱.再对样品分别进行点粉，与以上6组样品相对应，点粉时，分别在YAG：Ce荧光粉中混合质量分数为0%,2%,4%,6%,10%和12%的磷光材料R-4B，然后放入干燥箱中，在120 ℃固化1 h；安装塑料透镜及点密封胶，同样放入干燥箱中120 ℃固化1 h，取出样品后，再在340 mA电流的作用下，分别测试最终样品的光致发光光谱.

2 结果与讨论

图1是经固晶、金线焊接后的LED芯片在340 mA电流的作用下的电致发光相对光谱.6组样品的光致发光光谱完全相同.从图中可以看出，LED芯片发射蓝光，峰值波长为450 nm，半高宽在25 nm左右.

图1 LED蓝光芯片相对光谱图

图2是R-4B的吸收光谱图，从图中可以看出R-4B对紫外光的吸收作用十分强烈，随着波长的增加，吸收率明显减小；对450 nm的光的吸收率大约在30%左右；对550 nm之后光的吸收率下降至20%以下，也就是说R-4B能够部分吸收450 nm的蓝光能量.

图2 R-4B吸收光谱

图3是R-4B在450 nm蓝光作用下的发射光谱.从图中可以看出在560 nm左右有一较小的发射峰；在700 nm处有一个明显的且强度很高的发射峰，说明R-4B吸收450 nm的蓝光能量后，主要发射出红光，其次还可以发射560 nm的黄光.

图3 R-4B在450 nm蓝光激励下的发射光谱

图4是在340 mA电流的作用下，YAG：Ce荧光粉中掺杂不同比例R-4B时白光LED样品的相对光谱.从图中可以看出以下几点：

第一、未掺杂R-4B时，光谱中有两处波峰，一处是450 nm处的蓝光波峰以及560 nm处的黄光波峰.对比图1可以发现，450 nm处的蓝光波峰主要来源于LED芯片的发光；560 nm处的黄光波峰来源于YAG：Ce粉，该荧光粉可以吸收450 nm的蓝光能量，发射560 nm的黄光.

图4 R-4B不同掺杂浓度对LED光谱的影响

第二、掺杂R-4B后，白光LED样品的光谱中出现了700 nm的红光.当R-4B的掺杂比例由2%增加到4%时，560 nm黄光峰值呈现下降状态，700 nm的红光波峰则一直增加.主要原因为，对比图2、图3可以发现R-4B对于560 nm的黄光既具有吸收作用又具有发射作用.当吸收作用大于发射作用时，总体表现为吸收作用，所以560 nm黄光波峰呈现下降状态；而对于700 nm的红光，由图3可以发现R-4B吸收450 nm的蓝光能量后，在700 nm处具有强烈的辐射作用，所以随着R-4B掺杂量的增加，700 nm的红光波峰则一直呈现增加的趋势.

第三、随着R-4B的掺杂浓度由6%的增加到12%，不仅560 nm黄光与700 nm红光波峰的强度一直增加，而且出现560～680 nm之间出现了光谱展宽效应，在掺杂浓度为12%时最为明显.

关于700 nm红光强度增加的原因同样来源于R-4B在700 nm处具有强烈的辐射作用.

对于560 nm处黄光强度的增加，主要来源于R-4B的浓度效应.R-4B为磷光材料，当浓度过高时会影响其吸收与辐射作用.也就是R-4B对YAG：Ce荧光粉产生的560 nm的黄光总体表现为吸收作用，但是由于磷光材料浓度效应的存在，这种吸收作用会随着浓度的增加而减弱，客观上表现为随着R-4B浓度的增加，YAG：Ce荧光粉产生的560 nm黄光的强度在增加.

关于掺入R-4B后光谱，在560～680 nm之间的展宽效应是本文的一个新发现，在以前的研究中尚未发现类似报道，其原因有待进一步研究.

结合图2、图3及图4可以发现：R-4B对于450 nm处的吸收率只有30%，因此有70%的蓝光可以透过并发出；在560 nm时R-4B的吸收率小于20%，YAG粉所发出的黄光绝大部分也可以透过；在450 nm的蓝光激发下，R-4B本身发出红光，这也弥补了白光LED所缺失的红光成分；掺杂R-4B，在560～680 nm之间出现了光谱展宽效应.基于以上原因，在LED中添加磷光材料R-4B可以有效展宽光谱，增加白光LED光谱中的红光成分，本文制备的白光LED的显色指数最高可以达到88，有效提高了器件的显色性能.

3 结论

(1)磷光材料R-4B可以被LED管芯产生的450 nm蓝光激发，发出波长为700 nm的红光；

(2)在白光LED点粉环节的YAG荧光粉中掺杂R-4B能够产生白光辐射.随着R-4B掺杂量的提高，白光LED光谱中的红光成分不仅得到有效提升，而且在560～680 nm之间出现了光谱展宽效应，有效改善了器件的发光性能.

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