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博睿光电发布面向高光量子密度白光LED的氮化物红粉
来源:http://www.jgjjl.com 编辑:www.kb88.com 2018-08-11 14:03

  博睿光电发布面向高光量子密度白光LED的氮化物红粉

  摘要:白光LED正朝着更高光效、更好光色质量、更高封装密度和更高信任性方向展开。其间的氮化物赤色荧光粉的功能直接影响到白光LED的光效、色温、显色指数以及使用寿命,特别是其抗高温高湿功能的好坏关于中高功率器材的光效坚持率及抗色漂功能起着至关重要的作用。博睿光电发布了全新系列的红粉产品,在抵挡高温高湿环境腐蚀方面表现出杰出的安稳性,对改进中高功率白光LED器材的信任性具有重要的支撑作用。

  1、高功率器材内部的作业环境改变引发的荧光粉信任性应战

  纵观白光LED技能的展开进程,封装结构从直插式、塑料半包式到外表贴装型(SMD,细分为PPA、PCT和EMC等)再到集成型(COB)和大功率陶瓷封装,一起为了满意通用照明的要求,显色指数不断进步。白光LED正朝着更高光效、更好光色质量、更高封装密度和更高信任性方向展开。

  荧光粉和芯片是构成白光LED器材的中心部分,特别是跟着白光LED器材的功率密度不断进步,其间氮化物红粉的信任性极为要害,该功能好坏将关于白光LED光效坚持率及抗色漂功能影响显着,进而影响到制品的使用寿命。跟着EMC、WLP、CSP等新式封装结构的不断展开,一起也伴跟着封装密度和输入功率的大幅上升,芯片宣布的蓝光光子密度急剧添加,荧光粉在激起进程中因非辐射跃迁开释的热量导致荧光粉颗粒自身温度急剧升高。据本课题组的前期研讨,仅此一个要素就可能导致荧光粉颗粒温度升至200℃左右,远高于芯片结温(120℃),考虑到荧光粉一起还遭到高密度蓝光的辐照和芯片热传导的作用,进一步推高荧光粉颗粒自身的温度(约在220℃左右),也就是说,自荧光粉颗粒与胶体界面至胶体内部构成了一个十分陡的温度梯度。由此因荧光粉自身存在的热猝灭即会导致热平衡态时的光效大幅下降,高达15%以上。伴跟着芯片技能不断进步,芯片尺寸还将不断减小,光效和功率密度进一步进步还将进一步加重上述问题。

  

  

图1 荧光粉颗粒周围的温度场梯度示意图

  

与此一起,更值得重视的是,透过封装胶体浸入的水气与荧光粉自身的高温构成的高温高湿环境是荧光粉有必要面对的更为严峻的检测。现在高显色白光的荧光粉技能计划中,铝酸盐黄绿粉(包含LuAG和Ga-YAG)具有杰出的化学安稳性,其间LuAG因其在热猝灭特性方面的优异特性,因此在制作高功率器材或许对信任性要求特别高的场合时,LuAG绿粉就成为首选。而对进步显指起着至关重要的氮化物红粉(包含SCASN和CASN两个系列)在高温高湿作用下则面对极为严峻的应战。日本NIMS的Jie Zhu在2015年的J. Mater. Chem.上宣布的论文中提出了CASN红粉在水汽作用下的反响机理及其劣化机制,即在H2O作用下,(Sr,Ca)AlSiN3:Eu中的N元素被浸入的H2O氧化,在构成(Sr,Ca)Al2Si2O8和Ca(OH)2 的一起,还放出了氨气,详细反响式如下【1】,即(Sr,Ca)AlSiN3:Eu红粉在水汽作用下,在基质物相发作改变的一起激活剂离子Eu2+也被氧化成Eu3+,然后导致荧光粉的发光功能的严峻劣化。
2(Sr,Ca)AlSiN3(s) + 10H2O(g) → (Sr,Ca)Al2Si2O8(s) + 6NH3(g) + Ca(OH)2 (s)

  

  

 

  


 

  

图2 水气作用导致的(SrCa)AlSiN3:Eu失效机制示意图[1]

  

2、高温高湿功能测验点评

  

为了对红粉信任性方面的功能进行精确点评,本研讨中对高温高湿蒸煮的试验条件进行了调整,行将加热温度操控在125℃左右,然后使得荧光粉在相对温文的蒸煮条件下缓慢发作劣化,经过恰当延伸蒸煮时刻,然后可以更为详尽的研讨红粉的劣化行为。详细的蒸煮处理条件为0.18MPa、100%RH和125℃,点评包含两部分:一部分是直接将荧光粉进行蒸煮处理,每隔时段取出部分荧光粉样品,进行微观描摹及色漂比照测验;第二部分是将待测的几种荧光粉选用相同的封装方式进行封装,制作成灯珠,再将灯珠置于上述环境中进行老化,并测验灯珠经过不同处理时刻后的目标。最终经过归纳上述两个方面的测验数据对氮化物红粉信任性好坏的快速点评。下表中罗列出来本研讨收集到国内外几家首要荧光粉企业的红粉产品。

  

  

 

  


三、剖析与成果

  

1)微观描摹

  

图2a、2b和图3a、3b别离显现sample1和sample2红粉样品初始描摹和经过48h蒸煮处理后的描摹。经过比照描摹可以十分直观的判别出荧光粉描摹上发作了不同程度的改变。其间sample1样品在经过48h蒸煮后,荧光粉晶体发作严峻开裂,而且呈现为层状解理,标明晶体发作严峻的劣化;而sample2的描摹根本没有发作改变。实际上咱们经过调查粉体体色也可以十分直观的看出sample1的体色显着变淡,而sample2样品根本没有改变。
 

  

  

2)蒸煮前后的荧光粉封装

  

图4显现了sample1、2两个样品经过蒸煮处理后再进行封装,经过比较色飘起伏巨细可以点评信任性的好坏。如图所示,sample2是几乎没有色飘,而sample1发作十分严峻的色漂,这与微观描摹改变规则相一致。
 

  

  

3)灯珠蒸煮后的光色目标

  

  


  

如图5所示,选用sample1制作的灯珠经过蒸煮处理后,在36h的色漂起伏就到达1%,在72h时超越了6%;而sample3则十分安稳,直至72h的色漂起伏都不超越1%。当然从色漂起伏上来看,灯珠的48h时色漂起伏较经蒸煮处理后的荧光粉制作的灯珠色漂起伏较小,这首要是因为荧光粉被包封在硅胶中,遭到外界浸入水气的作用必定程度的维护所在的环境有关。

  

四、博睿光电的全新晋级产品的信任性点评

  

经过上面的比照测验及其劣化机制的剖析,笔者以为导致红粉发生严峻劣化的首要原因来自于两个方面,一方面是红粉自身的结晶度,这与质料纯度、配方规划及组成工艺有关。比方质猜中的某些杂质可能会导致晶体内部发生很多缺点;而组成工艺的操控是否妥当会对荧光粉晶体描摹发生影响;二是晶体的外表状况,如能经过外表润饰技能合理调理表层的结构状况,就可以对外界水气的浸入进程发生必定的按捺作用。本课题组经过近一年半的技能攻关,成功的克服了氮化物红粉在高温高湿环境下的色漂问题。

  

1)微观描摹

  

为了深化点评sample2的信任性水平,本研讨持续延伸了蒸煮时刻至168h,且发现并没有呈现严峻的劣化现象。如图6所示,从其微观描摹上来看,荧光粉晶体没有发作显着改变。

  

图7别离显现了本研讨最新产品蒸煮前后的微观描摹。如图所示,晋级红粉在168h坚持杰出的状况,没有发作开裂或解理现象,可以初步判别荧光粉晶体安稳性到达了与sample2适当的水平。

  

  

  

2)抗色漂功能

  

图8中一起显现了本研讨产品与sample2荧光粉经蒸煮后制作成的灯珠色飘曲线。如图所示,选用蒸煮后的荧光粉进行封装,可以看出本研讨产品与sample2均表现出适当的安稳性,在168h时,两者色飘的起伏均在1%左右。相同,从图9灯珠经蒸煮后的色漂曲线可以看出,两者在168h时的色漂起伏均在0.8%左右,均表现出杰出的安稳性。

  

  

 

  

  

五、结语

  

跟着白光LED向着更高光效、更好的光色质量、更高封装密度和更高的安稳性方向不断展开。根据倒装芯片的CSP和WLP结构等新式结构的逐步老练或给荧光粉带来更多的应战。本研讨作业的首要包含两个方面,一方面旨在为封装企业供给一种点评荧光粉信任性快速办法,另一方面,经过开发具有优异抗高温高湿特性的红粉,为进步中高功率高显色白光器材的信任性供给发光资料上的有力支撑。事实上,本研讨产品现已完成量产,并在部分高端客户得到使用。从这些用户给咱们供给的长时间老化功能反应数据来看,本研讨针对氮化红粉提出加快劣化模型与其实际作业状况下的长时间老化行为之间存在较为杰出的关联性,本研讨将在后续的研讨报告中报导相关的研讨成果。

  

当然,影响灯珠作业状况色漂的要素十分复杂,会遭到支架资料、支架结构类型、封装胶的密封特性、器材的输入功率密度等许多要素的影响。咱们也十分真挚的期望可以与业界专家,尤其是封装企业的技能专家展开深化的技能交流和研讨,一起推动相关技能问题的研讨。

  

参考文献

  

1. Jie Zhu, Le Wang, Tianliang Zhou et al. Moisture-induced degradation and its mechanism of (Sr,Ca)AlSiN3:Eu2+, a red-color-converter for solid state lighting. J.Mater.Chem.C, 2015,3,3181
 

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