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高亮度细粒径荧光粉的封装应用研究[1]

2013-11-5  来源:江苏博睿光电有限公司  作者:徐俊峰 梁超 符义兵  有5345人阅读

采用自主开发的YH型YAG荧光粉产品与市售进口及国产同类产品的光色指标及粒径等进行了全面对比分析。在此基础上,通过封装测试,对荧光粉的初始光效、老化性能及量产打靶集中度等封装应用性能进行了系统试验研究,并结合量产数据对成本控制进行了测算。

  一 前言

  近年来,GaN基白光发光二极管(LED)的发展受到了很大的关注[1]。由于它具有高效节能、绿色环保、体积小和寿命长等优点被誉为继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明光源[2]。尤其最近白光LED在发光效率、使用寿命、亮度等方面都取得了很大的进步。

  白光LED的制备方法主要是利用蓝光LED芯片与YAG荧光粉结合实现(即光转换法) [3]。因此,研制在蓝光(440-470nm)下可被激发且具有高转换效率、低衰减和优化LED白光封装集中度的YAG荧光粉有着重要意义,也已成为当前固态照明的研究重点。

  目前,SMD型封装产品在封装过程中为了最求更高的亮度,多采用中等或较粗粒径的荧光粉产品用于白光LED的制作,但由此会造成白光封装颜色集中度下降,打靶几种率偏低的问题,进而造成封装厂家存在大量档外品库存积压,增加了生产成本。

  针对这一问题,博睿光电新近开发出全新的YH系列产品,该系列产品在保持较高光效的同时具有更细的粉体粒径和更窄的粒径分布系数,这对于满足应用厂家对光效和集中度的双重要求具有非常重要的意义。

  基于对YH系列荧光粉与市售同类产品的基本性能的对比测试,本文对YH系列荧光粉与市售同类产品的初始光效、热猝灭性能、光衰性能进行全面的对比。在此基础上,通过量产封装测试,进一步对荧光粉的光色集中度进行对比研究,进而为优化白光LED的量产技术提供有益的支撑。

  二 试验材料与方法

  2.1 荧光粉的基本性能对比测试

  本文研究选用了三种荧光粉进行对比分析和应用性能测试,样品选择的原则包括两个方面:发射波长一致和相对亮度相当。按照这个原则选择了与博睿自制YH302产品波段和亮度达到相当水平的进口某型号产品和国内某厂家荧光粉产品,分别编号为sample-1、sample-2和sample-3。

  2.1.1 光效指标对比

  表1列出了三种荧光粉基本光学性能指标数据,从表中数据可以看出三个荧光粉样品的主波长、半峰宽及相对亮度等指标均基本相当。

  表1 荧光粉基本性能指标

  2.1.2 微观形貌

  图1是这三款荧光粉的扫描电镜照片,可以反映出三个荧光粉颗粒均呈类球形,分散状态良好,相比之下,YH302对应的sample-1荧光粉样品具有更小的粒径。

  图1 荧光粉微观形貌

  2.1.3 粒径及分布

  图2中同时显示了这三款荧光粉的粒径积分分布曲线,对比这三款荧光粉的中心粒径及分布宽度可以看出,YH302的粒径最小,中心粒径为10.47μm,其他两种荧光粉的中心粒径都在13~14μm左右。同时sample-1的粒径分布系数为0,688,明显小于另外两款荧光粉的数据。表2中罗列出三款荧光粉的粒径数据。

  表2 荧光粉的粒径大小及粒径分布

  图2 三款荧光粉的粒径分布图

  2.2 初始光效对比试验

  封装实验采用的蓝光LED芯片为台湾晶元光电公司产品,芯片尺寸为10*23mil,主波为455~457.5 nm,亮度为26-28mw。采用SMD型规格为3528的支架进行封装。光源点亮测试电流20mA,每款荧光粉的试验灯珠数量为20颗,通过对比三款荧光粉的初始光通量及光效对荧光粉的光转换效率进行评价。测试仪器采用杭州中为光电的LED手动分光分色系统(型号为ZWL-3901)。

  2.3 光衰性能对比试验

  将制作好的灯珠以30mA电流进行老化,各随机取灯珠10颗,每隔500小时测试一次数据,老化总时间为3000小时。老化仪器采用杭州中为光电的LED小功率老化仪(型号为ZWL-150)。

  2.4 光色集中度量产对比试验

  首先通过小试验基本确定三款荧光粉的粉胶比,确保三款荧光粉做到相同的色坐标范围。再导入自动封装产线进行量产封装。芯片仍采用台湾晶元光电产品,尺寸为10*23mil,主波为455~457.5 nm,亮度为26-28mw。支架为SMD3528。点胶机采用武藏MPP-1,固晶机采用AMS厂商自动固晶机(型号为AD820),焊线机采用AMS厂商的自动焊线机(型号为IHAWK),点亮测试电流20mA,每种荧光粉分别制作50000颗灯珠,最后采用杭州中为光电的全自动SMD高速分光系统(型号为ZWL-X7ZH)进行分光测试,并对比落并率。

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