【正文】 c），顯色指數(shù) (CRI)，色坐標(biāo)等光色參數(shù)，制備發(fā)光效率高，光色參數(shù)理想的白光 LED 安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 13 頁 共 46 頁 第二章 實(shí)驗(yàn)部分 Ce:YAG 及 Gd,Ce:YAG 晶體的生長 提拉法 Czochralski（ CZ）概述 該方法的創(chuàng)始人是 Czochralski， [12]他的論文發(fā)表于 1918年。 研究內(nèi)容 1， 探索合適的 Ce:YAG晶體的提拉法生長工藝，由于 YAG晶體熔點(diǎn)高（約 1970℃），如何選擇合 適的工藝條件，生長出結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)質(zhì)量優(yōu)異的晶體是重點(diǎn)研究內(nèi)容之一 2， 生長出 Ce3+離子單摻及 Ce3+與 Gd3+離子共摻雜的 YAG晶體，提高晶體的結(jié)晶質(zhì)量和光學(xué)質(zhì)量 3， 研究 Ce:YAG晶體及 Ce3+與 Gd3+離子雙摻雜的 YAG晶體的光譜性能。實(shí)現(xiàn)無熒光粉體結(jié)構(gòu)的 LED白光發(fā)射。 本課題提出一種新型 Ce:YAG晶片發(fā)光結(jié)構(gòu)白光 LED制備技術(shù)路線，其具有 激發(fā) 發(fā)射效率高 ,物化性能穩(wěn)定、熱導(dǎo)率高，壽命長、可應(yīng)用于高功率白光 LED,可實(shí)現(xiàn)增加紅色發(fā)光成分和調(diào)諧發(fā)光波段 ,優(yōu)化白光封裝 LED結(jié)構(gòu)等優(yōu)點(diǎn)。 LED發(fā)展的瓶頸日益凸顯出熒光粉不能滿足現(xiàn)有白光 LED需求及適應(yīng)未來白光 LED發(fā)展趨勢的問題。 熒光材料的性能 直接影響白光 LED 的轉(zhuǎn)換效率、光效、色溫、色坐標(biāo)及顯色性。片狀單晶熒光材料的使用能夠簡化 LED的封裝 安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 12 頁 共 46 頁 本論文的研究目的、內(nèi)容及意義 本論文的研究目的及意義 與常見光源相比較 ， 半導(dǎo)體發(fā)光二極管 (Light Emitting Diode簡稱 LED)器件具有省電 、 體積小 、 發(fā)熱量低 、 壽命長 、 響應(yīng)快 、 抗震耐沖 、 可回收 、 無污染 、可平面封裝 、 易開發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn) ， 已廣泛用于交通信號燈 、 大屏幕顯示屏 、 背光燈 、 汽車用燈 、 特種照明和城市照明等領(lǐng)域 。 LED結(jié)構(gòu) 單晶熒光材料的使用可以有效縮減封裝工藝步驟、降低封裝熱阻、提高出光效率、提高器件可靠性。采取這兩種方法可輕易增加發(fā)光成分，并形成有效的能量轉(zhuǎn)移及轉(zhuǎn)換，調(diào)諧 LED發(fā)光波段 。在大功率 LED使用條件下不會使氧從 YAG晶格中釋放出來形成氧空位，從而不會破壞晶格結(jié)構(gòu)和化學(xué)計(jì)量比，不易產(chǎn)生輻照色心；在高溫環(huán)境下不會影響Ce3+離子在 YAG單晶基質(zhì)中價(jià)態(tài)穩(wěn)定性； Ce:YAG晶體的熱導(dǎo)率為 13W/m/K，環(huán)氧樹脂的熱導(dǎo)率僅為 ，為環(huán)氧樹脂的 68倍，因此使用 Ce:YAG晶體可以極大提高散熱性能，降低芯片結(jié)溫，有效解決大功率白光 LED的散熱問題，提高 LED性能。 Ce:YAG晶體為高溫氧化物材料，晶體熔點(diǎn) 1970℃。而且，在 LED制備過程中，不存在分布和封裝過程中出現(xiàn)的發(fā)光離子不均勻現(xiàn)象，可有效解決熒光粉分布及涂覆不均勻的問題。單晶的高溫熔化結(jié)晶工藝決定了基質(zhì)材料的相純 度比熒光粉高；發(fā)光稀土 Ce3+離子在晶體中具有規(guī)范的晶體場配位結(jié)構(gòu)，占據(jù)穩(wěn)定 Y3+發(fā)光中心格位，可以形成高的激發(fā)發(fā)射量子效率；受晶體場配位場格位約束， Ce3+離子在 YAG單晶基質(zhì)中價(jià)態(tài)穩(wěn)定，不易發(fā)生變化。釔鋁石榴石分子式為 Y3Al5O12屬于立方晶系，晶格常數(shù)為 nm。目前， Ce:YAG高溫閃爍晶體業(yè)已商品化，主要用于掃描電鏡（ SEM）的顯示部件，其生長方法主要為提拉法和溫梯法。但是 Ce:YAG晶體作為閃爍晶體引起人們的注意卻是在 1992年， Moszynski和 Ludziejewski[1011]等人分別于 1994年和 1997年對 Ce:YAG晶體的閃爍性能進(jìn)行了較為系統(tǒng)的研究，并指出 Ce:YAG晶體具有優(yōu) 良的閃爍性能。 Y A G :C e /+ 玻璃陶瓷 近年來獲得比較成功的發(fā)展 , 其不僅具有了晶體發(fā)光強(qiáng)度高的發(fā)光特性 , 還具有了玻璃的可塑性 .但其在玻璃載體的選擇上具有一定的局限性 , 玻璃本身熔化溫度不能太高 。該熒光陶瓷與藍(lán)光芯片組合封裝的白光 LED 器件經(jīng)過在 110 ℃下老化 600小時(shí)后，光衰僅有 10%，色坐標(biāo)無明顯變化。宋國華等采用化學(xué)共沉淀法制備 YAG: Ce3+前驅(qū)體，以 B2O3Al2O3SiO2Na2O為玻璃基質(zhì)，在 1300℃煅燒制作出 YAG:Ce3+玻璃陶瓷，封裝成玻璃陶瓷發(fā)光層遠(yuǎn)離芯片的白光 LED。相對于熒光粉來說 , 發(fā)光玻璃是一類更重要的熒光材料 , 因?yàn)樗哂泻芏酂晒夥蹮o法實(shí)現(xiàn)的優(yōu)點(diǎn) , 比如易于形安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 9 頁 共 46 頁 成各種形狀 ! 價(jià)格低廉 ! 優(yōu)良的透明性等等 . 這將大大降低照明系統(tǒng)的工藝復(fù)雜程度和生產(chǎn)成本 , 因此 , 發(fā)光玻璃在照明和顯示領(lǐng)域?qū)⒂泻芎玫膽?yīng)用前景 . 同時(shí)稀土離子摻雜白光的玻璃陶瓷材料是一種良好的上轉(zhuǎn)換發(fā)光材料 , 它可望在顯示、顯像、光存儲、紅外激光窗口、紅外探測器等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)用 , 同時(shí)這種材料可摻入大量的稀土離子 , 并具有較低的聲 子能量 , 故可期望獲得較高的上轉(zhuǎn)換效率 . Auzel [8]等人首先研究玻璃陶瓷材料中在近紅外光 ( 980 nm) 激發(fā)下 , Yb3+ 離子到 Tm3+ 的能量傳遞而產(chǎn)生的 T m 離子藍(lán)色上轉(zhuǎn)換發(fā)光 .1995年，日本科學(xué)家 I Kesue A等 [9][在透明激光陶瓷這一領(lǐng)域取得重要突破。玻璃陶瓷的微觀結(jié)構(gòu)尤其對力學(xué)性能、光學(xué)性能等起 重要影響。隨著科技的進(jìn)步和應(yīng)用范圍的擴(kuò)展 , 對熒光粉的性能提出了更高的要求 , 例如 : 高分辨率要求具有較細(xì)的球形顆粒 , 傳統(tǒng)固相反應(yīng)法制備的熒光粉越來越不能滿足要求 , 近年來濕化學(xué)法制備高性能熒光粉得到了廣泛的研究 , 同時(shí)熒光粉的發(fā)展也開始進(jìn)入了納米化 , 很多學(xué)者 都采用濕化學(xué)方法制備出了納米熒光粉。稀土摻雜 YAG熒光 材料的研究是從固體激光晶體的研究開始的 , 研究最多、最成熟的是 N d: YAG激光晶體。稀土摻雜 YAG熒光粉是熒光粉中重要的一種 廣泛應(yīng)用于白光 LED的生產(chǎn)制造 ,YAG 作為熒光粉的基質(zhì)材料具有透明度高、化學(xué)穩(wěn)定性好、導(dǎo)熱性好、耐高強(qiáng)度輻照和電子轟擊等優(yōu)點(diǎn) 。由于產(chǎn)品附加值高、效益顯著 , 已成為稀土高技術(shù)開發(fā)的首要領(lǐng)域。其不足之處在于顯色性更差。 另一個是熒光材料 的發(fā)射光譜 , 熒光材料的發(fā)射光譜與藍(lán)光發(fā)光二極管的發(fā)射光譜能夠匹配成白光 , 人們選用了 YAG: Ce3+ ( Y3Al5O12: Ce3+)釔鋁石榴石 的簡稱 作為光轉(zhuǎn)換材料。 Ga N基藍(lán)光發(fā)光二極管的選擇不僅要考慮發(fā)光二極管本身的特性 , 還應(yīng)兼顧熒光材料的選擇。這種方法存在兩個關(guān)鍵部分 : 一個是 Ga N 基藍(lán)光發(fā)光二極管 。通常采用紅、綠、藍(lán)三種顏色的三基色熒光材料進(jìn)行混合。最后用于照明的光全部來自熒光材料 , 且要求熒光材料的激發(fā)光譜與紫光發(fā)光二極管的發(fā)射光譜相匹配 , 這樣可以獲得較高的光轉(zhuǎn)換效率 , 熒光材料應(yīng)為多種不同顏色的熒光材料混合而成。發(fā)光全部來自發(fā)光二極管 , 相對成本也比較高。但是這種方法也有自身的弱點(diǎn) , 它的安裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜 , 各色 LED 的驅(qū)動電壓、發(fā)光效率、配光特性不同 , 需通過電流調(diào)節(jié)紅、綠、藍(lán)三基色的強(qiáng)度 , 電路實(shí)現(xiàn)上較復(fù)雜。由于發(fā)光全部來自發(fā)光二極管 , 不需要進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)換 , 因此 , 其能量損失最小 , 效率最高。我國進(jìn)入 LED產(chǎn)業(yè)的企業(yè)將與日俱增，產(chǎn)業(yè)市場競爭將更加激烈。隨著政府的大力推廣和全球產(chǎn)業(yè)梯次轉(zhuǎn)移，未來我國 LED將成為市場上最具誘惑力的蛋糕， 2020年整個大陸 LED產(chǎn)業(yè)值已超過 1500億美元。 從長遠(yuǎn)來看，隨著全球節(jié)能減排的盛行， LED產(chǎn)業(yè)也會更加升溫。我國白光 LED 發(fā)展 主要受其藍(lán)芯片和紫外芯片的制約，相對差距很大，其外務(wù)必引進(jìn)昂貴外延設(shè)備與技術(shù)。其中由北京大學(xué)、中科院物理所和北京有色院聯(lián)合承擔(dān)“十五”白光 LED“ 863”項(xiàng)目。 我國政 府對發(fā)展藍(lán) 光 、白光 LED 高度重視。因此，它被廣泛認(rèn)可及應(yīng)用。熒光材料正朝著高穩(wěn)定性、高發(fā)光效率、高色純度等方向發(fā)展，以滿足白光 LED 照明發(fā)展的需要。其中熒光粉是LED實(shí)現(xiàn)白光照明的關(guān)鍵材料，面對越來越廣闊的市場需求和研究開發(fā)熱潮，改善熒光材料的性能成了一項(xiàng)緊迫而艱巨的任務(wù)。 目前，獲得白光 LED 最普遍的方法還是藍(lán)光芯片加黃色熒光粉法。 LED 以其效率高、功耗小、壽命長、固態(tài)節(jié)能以及綠色環(huán)保等顯著優(yōu)點(diǎn) , 真正點(diǎn)燃了 綠色照明的光輝 。 參考文獻(xiàn) .........................................................................................................................30 致謝 ..................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。t meet the demand of the existing white LED and adapt to the future development trend of white topic puts forward a new type of Ce: YAG white LED lightemitting chip structure preparation technology route, its excitation emission efficiency is high, physical and chemical performance is stable, high thermal conductivity, long service life, can be applied to high power white LED, can increase the red lightemitting ponent implementation and tuning luminescence bands, optimize the structure of the white light LED encapsulation, a blue glow LED chip effective excitation Ce: YAG wafer, forming a new kind of white LED light emitting 安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 3 頁 共 46 頁 the structure without fluorescent powder LED white light emission. In order to effectively solve the current Ce: YAG phosphor white LED lightemitting structure exist phosphor excitation efficiency is low, poor color consistency, light failure, life is short and so on a series of shortings. KEYWORDS： white LED， Gd,Ce:YAG ， fluorescent material ，optical property 安徽工業(yè)大學(xué) 光信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)本科畢業(yè)設(shè)計(jì) (論文 ) 第 4 頁 共 46 頁 目錄 摘要 ................................................................................................................................. 1 ABSTRACT ..................................................................................................................... 2 第一章 緒論 .................................................................................................................... 6 引言 ....................