文摘
我们展示了一种技术要求小磷用白色发光二极管(wled)包含复合二氧化硅胶体光子晶体(c发展warm-WLEDs -SCPhCs) (w-WLEDs)。wled包含c-SCPhCs提高照明效率比商业增加了5.6%w-WLEDs。我们使用UV胶粘剂固化方法改进的粘附特性c-SCPhCs。可靠性分析(RA)测试了wled包含c-SCPhCs,应用高温和高相对湿度(85°C / 85 RH) wled操作期间120 mA。在RA 2500 h的考验,在观察光学性能没有明显退化。我们实现了一个小说,廉价的技术,生产高光通量w-WLEDs可用于住宅。
1。介绍
最近,固态照明设备,例如白色发光二极管(wled)和有机发光二极管(oled),已迅速发展(1- - - - - -4)主要用于新照明的照明设施。因为他们的多重优势,如高亮度、高可靠性、低功耗、多功能性和健壮性,wled产生广泛的福利和照明行业的机会。相关色温(CCT)商业warm-WLEDs (w-WLEDs),这是一个特别有价值的光源,因为它们提供了舒适的室内照明,大约是2700到3000 K。一般商用wled用GaN-based蓝色LED刺激黄色磷(YAG: Ce)收益率phosphor-converted wled (PC-WLEDs),这是最有效的提供发光效率高的灯以较低的成本(5]。PC-WLEDs虽然有许多优点,如易于制造、低成本、和磷转换效率超过70%,几个PC-WLEDs问题依然存在,包括较高的有条件现金援助,显色指数(CRI)较低,缺乏一个红色光谱(6]。因此,需要两种或两种以上颜色的荧光粉的高有条件现金援助wled低有条件现金转移支付的减少w-WLEDs。目前,所有氮化和borate-based red-emitting荧光粉通常是5到10倍每克比yellow-emitting荧光粉,现象,大大有助于制造的高成本w-WLEDs。减少的成本w-WLEDs可以加速从传统灯泡发光二极管和导致光学设备的新应用程序。
以前,光发射光谱wled已经修改使用3 d聚苯乙烯(PS)胶体光子晶体(CPhCs)类似w-WLEDs和烛光7- - - - - -9];然而,PS材料玻璃化转变温度()大约90°C,导致wled用复合PS CPhC在高温环境中是不可靠的。为了解决上述问题,在这项研究中,我们与复合硅沉积wled CPhC (c-SCPhC)薄膜制造低成本w-WLEDs。一个硅nanosphere被用来解决和UV胶粘剂固化方法应用于提高附着力SCPhCs的属性。wled包含的光发射光谱c-SCPhCs修改类似w-WLEDs利用光子能带结构(PBS)的3 dc-SCPhCs。因此,WLED大约4000 K下降的有条件现金援助wwled有条件现金转移支付大约3000 K不增加重量百分比(wt %)磷层,和照明效率提高。此外,一个方法来测试wled包含的可靠性c-SCPhCs应用在这项研究中。
2。实验
商业wled和w-WLEDs产生的有条件现金转移支付大约4000 K和3000 K,分别在台湾被Lextar电子制造公司。在当前的研究中,wled和w-WLEDs捏造如下。首先,35×22密耳2芯片的GaN-based图案蓝宝石衬底(PSS)发光二极管(发射波长445 nm)是连着一个商业5630年式plastic-leaded芯片载体(PLCC)和包装使用银膏和金线。GaN PSS领导结构用于本研究前面描述的相同(7]。随后,一个绿色磷光(陆3艾尔5O12:Ce3 +(CaAlSiN LuAG)和一个红色荧光粉3:欧盟2 +CASN)与各种wt %被用来创建wled和浓度w-WLEDs。wled有LuAG和CASN磷浓度为21.4 wt % 3.6 wt %,分别w-WLEDs LuAG, CASN磷浓度为23.1 wt % 4.5 wt %,分别。他们用硅胶均匀混合,然后投入使用传统的引线框phosphor-dispensing技术。wled成为w-WLEDs, LuAG磷浓度必须增加了8%,CASN磷必须增加了25%,增加了制造成本的增加w-WLEDs。
接下来,我们准备了乳胶(100.0毫克/毫升)通过使用硅nanosphere直径(D)的400海里。SCPhCs (3.0μL)被放置在整个发射地区wled采用微量吸液管和垂直沉积法(10]。单分散的硅团簇(D= 400海里)是使用氢氧化铵(NH合成的4哦,5.0毫升)和去离子的水(DI)(20.0毫升),和tetraethoxysilane (teo 5.0毫升;奥尔德里奇,98%)冷凝控制乙醇(EtOH 50.0毫升)解决方案(11,12]。此外,间质SCPhCs导致胶体团簇的结构遵循无效的。因此,为了使SCPhCs在测试条件是可靠的,紫外线的光固化树脂胶液作为分散介质,提高胶体硅团簇之间的联系(13- - - - - -15]。一个简单的方法是使用紫外线胶解决方案开发的准备c-SCPhCs,表现出较高的光学透明度和物理刚度。交联UV胶粘剂增强硅团簇之间的交互SCPhC薄膜,从而提高附着力。我们使用了一个最优的体积为1.0μL对UV胶液,渗透的空隙SCPhC薄膜(9];溶液浓度为9.1 wt %是由混合1.0毫克的商业UV胶粘剂和10.0毫升的丙酮溶液。在UV胶液渗透SCPhC薄膜和进入毛细管力作用下的缺口,我们暴露了样本为10分钟,以确保紫外线光聚合的UV胶完成。数据1(一)和1 (b)显示光学显微镜图片和示意图,分别的c-SCPhCs沉积到5630年式PLCC-packaged WLED。光学显微镜图像如图1(一)摄于自然采光条件,揭示了iridescent-dependent布拉格反射。我们使用场发射扫描电镜(FESEM)调查的晶体结构cwled -SCPhCs。数据1 (c)和1 (d)显示的图像外(111)和内部(100)的脸,分别的c-SCPhCs具有面心立方结构(16]。图1 (c)说明紫外线胶液渗透的间隙硅团簇。这种简单的方法改进的附着力c-SCPhCs,从而提高他们的实际应用。
(一)
(b)
(c)
(d)
的c-SCPhCs特性的PBS属性3 d phc [11,12]。布拉格反射波长()c根据布拉格定律[-SCPhCs可以计算17]: 在哪里反射峰值的波长,之间的平面间距(111)飞机,然后呢是晶体点阵的有效折射率。关于c-SCPhC结构,得到使用 在哪里和硅团簇的折射率和UV胶液,分别;的体积分数nanosphere [9]。正常的反射光谱c-SCPhC展出一个布拉格反射峰值在923 nm,坚持法律(图2(一个))。布喇格反射光线转向更短的波长,当入射角增加(7- - - - - -9]。因此,angular-resolved反射光谱测量检查的光反射分布c-SCPhCs;图2 (b)显示了PBS的3 dc-SCPhCs。angular-resolved反射测量系统用于这项研究是与前面描述的相同9]。确认的高阶带PBS WLED发光光谱的影响,我们测量的透射光谱c-SCPhC薄膜使用紫外可见分光光度计(图2 (c))。我们使用透光率测量系统配备了卤素灯的白色光源、集成领域,和光谱仪用电荷耦合器件测量透过率光谱通过c-SCPhC薄膜。的c-SCPhC薄膜表现出累进传输从蓝色波长区域红色波长区域。的透光率c-SCPhC薄膜是类似于毕业中性密度滤光片(GNDF)。400 - 600 nm波长跨越从蓝色到红色区域表现出低透光率是影响高阶群PBS(图2 (b))。换句话说,当WLED光子穿过了c-SCPhC薄膜,一部分被反射,另一是传播。wled的反射光可以吸收的磷层,增加红灯的排放(7- - - - - -9]。在本文中,我们报告,包含WLED设备c比商业-SCPhCs达到一个更高的光通量w-WLEDs,因为GNDF影响力和增加光在红灯的区域(图再发射3)。
(一)
(b)
(c)
3所示。结果与讨论
的c-SCPhC薄膜修改了wled的发光光谱,测量使用20在集成领域120毫安的电流设置,如图3;425 - 600 nm wled包含的光发射波长c-SCPhCs被镇压了c-SCPhC薄膜。此外,红灯的波长wled包含超过600海里c-SCPhCs增加(图3),因为再吸收和再发射产生的磷层wled [7- - - - - -9]。包表面的反射光是偶然事件,表明反射的光转化为wled磷层。w-WLEDs不断需要足够的红灯;因此,回收之前尽可能多的红光吸收对提高照明效率至关重要。
在这个实验中,我们测量了光通量、光效,中国国际广播电台,有条件现金转移支付与当前的特点利用20集成领域(从Labsphere购买)配备了辐射计和光度计(sc - 610)。图4和表1表明,在一个输入功率为0.37 W, wled的光通量值,w-WLEDs, wled包含clm -SCPhCs分别为53.2、44.3和46.7,分别。这些wled的照明效率是144,120,和127 lm / W,分别。wled包含的光通量c-SCPhCs的比这更增强了5.6%w-WLEDs。确认这个增强的光通量,我们测量了光通量获得商业wled和10个随机样本w-WLEDs Lextar伪造的电子corp .)结果显示,真正的相对误差百分比(wled)和w-WLEDs大约是1.22%和1.46%,分别。最大这些量不超过4%。因此,wled包含的光通量c-SCPhCs高于w-WLEDs。此外,wled包含的有条件现金援助c-SCPhCs减少从大约3974 K到2960 K没有增加LuAG wt %, CASN荧光粉。表1列出所有光源的光学特性以及国际照明委员会(CIE)颜色色度坐标(),它描绘众多标准光源作为比色引用。CIE ()坐标的光源在这项研究是附近的黑体轨迹CIE色度图。所有wled必须超过80的中国国际广播电台,需要一个标准,用于普通照明应用。在这项研究中,一本小说wwled制造技术,降低了制造成本w-WLEDs约17%,计算了Lextar电子Corp .)。
可靠性分析(RA)测试(18),由Lextar电子公司,尝试了WLED设备的应用来说是至关重要的。RA的测试通常用于确定操作时间期间的输出光通量WLED设备减少WLED设备的初始值的70%。我们使用一个潮湿、高温操作寿命试验评估的可靠性性能wled。我们完成了RA测试在高温和高相对湿度(RH)的85°C和85 RH,分别与120毫安wled包含c-SCPhC样本2500 h,比较结果与商业wled。RA的总结测试,如图5,表明wled包含c-SCPhC样本几乎一样的商业wled;的c-SCPhCs沉积wled没有损坏。wled显示弱漂移流明维护由于LuAG磷的氧化Ce3 +到公元4 +和欧盟CASN磷的氧化2 +欧盟3 +分别为(19,20.]。这个失败的分析证明了Lextar电子公司因此,这部小说技术可以用来提高wled通过减少磷使用,提高照明效率,从而生产低成本w-WLEDs。
4所示。结论
在这项研究中,我们发展一种技术要求小磷制造低成本w-WLEDs。wled包含c-SCPhCs马在120年产生2960 K和表现出中国国际广播电台的有条件现金转移支付80和46.7 lm的光通量(5.6%比这更加强的商业w-WLEDs)没有LuAG的浓度的增加和CASN荧光粉。wled中包含c-SCPhCs,c-SCPhCs薄膜大幅修改了光发射光谱由于GNDF影响力和多个磷再发射。此外,RA测试显示没有明显退化wled包含光学性能c-SCPhCs。这本小说技术应用于wled生产w-WLEDs降低制造成本,为设计提供新的选择更安全的灯具。
利益冲突
作者宣称没有利益冲突有关的出版。
确认
作者欣然承认金融支持这项研究由美国国家科学委员会(NSC)和科技部(大多数)在台湾,在格兰特。nsc102 - 2221 - e - 035 - 046, nsc102 - 2622 - e - 035 - 030 - cc2 most103 - 2221 - e - 035 - 029,和most103 - 2622 - e - 035 - 007 cc2。作者感谢大学的精密仪器支持中心提供制造和测量设备。