荧光粉的温度猝灭性质对WLED光参数的影响

颉信忠

（天水华天科技股份有限公司，甘肃天水741000）

荧光粉的温度猝灭性质对WLED光参数的影响

颉信忠

（天水华天科技股份有限公司，甘肃天水741000）

照明用白光LED大多数是由蓝光LED芯片激发黄色YAG∶Ce3+系荧光粉得到。荧光粉的温度猝灭性质显著地影响WLED的光效和光色参数，通过利用LED加速老化与寿命测试系统，研究了用YAG∶Ce3+系荧光粉制成的WLED在60 mA电流驱动下的变温亮度和500 h内的光色参数变化，结果表明温度会显著影响WLED的光效、光色参数。

白光LED；YAG：Ce3+荧光粉；温度猝灭

白光LED（简称：WLED）作为一种新型的固体光源，以其节能、环保、寿命长、体积小等优异的特性在信号指示、图像显示、照明等方面有着极为广阔的应用前景。因此，WLED的光效、光色参数和稳定性越发受到人们的关注。多数WLED的发光机理是通过蓝光LED芯片激发黄色YAG∶Ce3+系荧光粉得到白光［1］，荧光粉作为WLED制程中重要的原材料，其物化性质和形貌特征显著地影响着WLED的质量。如今，人们已经对白光用荧光粉的制备工艺、掺杂改性、亮度、显色性和粒径控制等方面做了很多的研究和改进工作，但是对于其应用终端的温度稳定性却鲜有研究。基于此，本文主要研究荧光粉的温度依赖性即荧光粉的温度猝灭性质，对WLED光效光色参数和可靠性的影响。

1　　实验部分

1.1温度猝灭发生原因分析

温度猝灭又称热猝灭，指发光材料随着温度的上升，其发光强度下降，发射光谱红移的现象。温度猝灭性质会引起荧光粉荧光强度、相关的激发峰位或者荧光峰值的变化，导致其应用产品WLED发生光衰，使WLED的光效、光色参数和可靠性发生变化。荧光粉发生温度猝灭可能有多种原因，但起主要作用的可以归纳为以下两个方面。一是由于温度的升高，晶格振动加剧，从而使发光中心的晶格弛豫增强，无辐射跃迁几率增大，发光效率降低；二是由于温度的升高，使发光中心的状态或周围的微环境发生某种本质性变化，从而降低了发光效率。

1.2实验方法

实验中使用的设备是由远方光电提供的LT-200A LED加速老化与寿命测试系统，其温度波动度为±0.5℃，测温精度为±1℃，分辨率为0.1℃，色品坐标重现性为±0.0003。使用的WLED光源为0.2 W，28 mm×35 mm贴片型光源，光源采用的封装胶为有机硅树脂材料，其折射率≥1.54、透光率≥90%。使用蓝光芯片激发黄色YAG∶Ce3+系荧光粉（发射峰值波长为534 nm），蓝光芯片主波长在452.5～455.0 nm，荧光粉D50粒径为15 μm±1 μm。上述原材料均属于同一批次，因此排除了批次性干扰因素。

使用以上原材料制作蓝光和白光两种样品各20颗，通过称量胶重筛选样品，以排除胶重差异的影响因素，分别记作蓝光1号～蓝光20号样品，白光1号～白光20号样品。之后用LT-200A LED加速老化与寿命测试系统设置温度梯度，分别为55℃和85℃。并将蓝光1号～蓝光10号样品、白光1号～白光10号共20颗样品置于55℃实验箱，将蓝光11号～蓝光20号样品、白光11号～白光20号共20颗样品置于85℃实验箱进行老化实验，加热时间500 h，每隔10 h逐颗收集光源的光电参数。

2　　实验结果与讨论

LED老化测试是产品质量控制非常重要的一个环节，但在很多时候往往被忽视，不能进行正确有效的老化。LED老化方式包括恒流老化及恒压老化，恒流老化是一种最符合LED电流工作特性、最科学的LED老化方式；过电流冲击老化也是厂家最新采用的一种老化方式，通过使用频率可调，电流可调的恒流源进行此类老化，以期在短时间内判定LED的品质预期寿命，并且可挑出很多常规老化方式无法暴露的隐患产品。光度是光源发光强度和光线在物体表面的照度以及物体表面呈现的亮度的总称。图1是500 h老化过程中所有样品的相对光度变化分布图。

图1所有样品的相对光度变化分布图

随机从蓝光1号～蓝光10号、白光1号～白光10号、蓝光11号～蓝光20号、白光11号～白光20号样品中各选择1颗样品的老化数据，得到四颗样品老化过程的相对光度曲线，如图2所示。

从图1、图2可以看出，两种温度老化下，蓝光样品的亮度差异甚微。相反，白光样品的亮度差异较为显著，老化结束后，85℃比55℃老化条件下的亮度低10%左右。由此可见，升温对蓝光芯片发光效率和封装胶水出光效率的影响甚微。相反，温度对荧光粉发光效率的影响非常显著，并由此引发色度学性能的劣化。

图2四颗样品老化过程的相对光度曲线

3结　　论

YAG∶Ce3+系黄色荧光粉温度猝灭效应对白光LED的光效和光衰性能的影响非常显著。鉴于此，在荧光粉开发阶段，通过适当的稀土掺杂使荧光粉发射波长蓝移从而改善猝灭性能。LED封装过程中，根据所选用荧光粉种类和性能的不同，差异化地选取芯片波段，从而缓解猝灭效应。LED应用端，通过改进灯具的散热设计，最大可能地降低灯具内部温度［2］，可以明显降低猝灭效应的影响，维持整灯的光色参数稳定。另外，由数据可见灯珠在老化450 h以后，相对光度较为稳定。因此评估整灯的光色参数时，至少应在老化450 h后，方可获得较为稳定可靠的数据。

［1］ 肖华.LED荧光粉的发光性能分析和测试［D］.厦门：厦门大学，2014.

［2］ 刘木清.照明用LED光效的热特性及其测试与评价方法的研究［D］.上海：复旦大学，2009.

Influence of Temperature Quenching of Phosphoron the Luminous Property of WLED

XIE Xinzhong
（Tianshui huatian technology co.，Ltd，Tianshui 741000，China）

Coating the LED chips with a series of YAG∶Ce3+yellow phosphor constitutes the major method to realize white LED lighting.The temperature quenching of phosphor directly determines the luminous property of WLED（white-light LED）.In this paper，by using the accelerated aging and life testing system，researches focusing on thelight brightness differences of WLED made of YAG∶Ce3+phosphor under 60 mA an diverse temperatures in 500 hours.The luminous flux test shows that the temperature significantly affected luminous efficacy and property.

White-light LED；YAG：Ce3+phosphor；Temperature quenching

TM923.01

B

1004-4507（2016）06-0064-03

颉信忠（1992-），男，甘肃天水人，2014年于兰州大学获得学士学位，现主要从事LED封装制程及材料相关的工作。

2016-04-01