遠(yuǎn)程熒光LED器件光學(xué)性能研究

王雪飛++寧平凡++謝亦翔++軒暢++梁立君

DOI：10.16661/j.cnki.1672-3791.2017.25.048

摘 要：遠(yuǎn)程熒光器件實(shí)現(xiàn)了芯片與熒光粉層分離，有效緩解了傳統(tǒng)封裝方法中的散熱性差的問題，有良好的應(yīng)用前景，是當(dāng)前研究的熱點(diǎn)。本文利用靜電紡絲工藝將熒光粉均勻分散在PVA溶液噴絲形成的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，研制了LED遠(yuǎn)程熒光片，制備了遠(yuǎn)程LED器件。研究了熒光粉配比、靜電紡絲過程中的電壓及紡絲時間對遠(yuǎn)程熒光LED器件光學(xué)特性的影響。實(shí)驗表明靜電紡絲工藝中電壓決定紡絲成功與否，一定的電壓范圍內(nèi)聚合物溶液才會噴射細(xì)流，紡絲時間和熒光粉配比都對器件的顯色指數(shù)和相關(guān)色溫有影響。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程熒光器件 靜電紡絲 PL譜 顯色性 相對色溫

中圖分類號：TN31 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2017）09（a）-0048-02

白光LED在固態(tài)照明領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，與傳統(tǒng)照明方式相比有著高效、壽命長、環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，已成為新一代節(jié)能照明光源[1]。LED傳統(tǒng)封裝方法是將熒光粉與配粉膠混合均勻，直接點(diǎn)在焊好線的芯片上，這種傳統(tǒng)封裝工藝存在一定缺陷。近年來出現(xiàn)了遠(yuǎn)程熒光粉器件，即將熒光粉單獨(dú)制作成光轉(zhuǎn)換器件，與藍(lán)色LED芯片分離開來免封裝設(shè)計的一種器件。遠(yuǎn)程熒光粉器件能有效緩解傳統(tǒng)LED封裝中熒光粉直接接觸芯片帶來的光色散、吸收及散熱效果差、可靠性低等一系列問題[2]。

本文采用靜電紡絲工藝制備了遠(yuǎn)程熒光LED器件，研究了靜電紡絲制備工藝中電壓范圍、靜電紡絲時間對遠(yuǎn)程熒光LED器件光學(xué)性能的影響。

1 實(shí)驗

1.1 實(shí)驗原理

靜電紡絲設(shè)備由高壓直流電源、溶液儲存裝置、噴絲裝置、接收裝置這4個部分組成。高壓電源在噴絲頭和接收裝置之間瞬時產(chǎn)生一個電位差，使得聚合物溶液克服自身表面張力和粘彈性力，在噴絲頭末端呈現(xiàn)半球狀的液滴。隨著電場強(qiáng)度的增加，液滴被拉成圓錐狀即泰勒錐。當(dāng)電場強(qiáng)度超過某一臨界值后，將克服液滴的表面張力形成射流，在電場中進(jìn)一步加速，直徑減小，拉伸成一直線至一定距離后彎曲，進(jìn)而循環(huán)或者循螺旋形路徑行走，伴隨溶劑揮發(fā)，終落在收集裝置上形成纖維[3]。

1.2 實(shí)驗內(nèi)容

利用PVA固體配置濃度為8%的聚乙烯醇溶液，分別將YAG：Ce3+黃色熒光粉和Sr2Si5N8：Eu2+紅色熒光粉按照不同比例加入到聚乙烯醇溶液，用水浴鍋加熱并用磁力攪拌器不斷攪拌溶液使得熒光粉能快速均勻分散到溶液中，得到的溶液用于靜電紡絲。

1.3 影響因素測試

根據(jù)熒光粉配比不同分成3組（黃∶紅= 5g∶0g，5g∶0.5g，5g∶1g）。將PET作為基底，首先設(shè)定針頭到接收裝置的距離設(shè)置為9.5cm，紡絲時間分別為30min、1h、1.5h，利用積分球?qū)ο嗤瑫r間下紅配比不同的3組熒光片進(jìn)行光學(xué)測試分析；然后改變紡絲時間，采樣間距為0.5h，測試不同厚度下熒光片的光學(xué)性能。

2 結(jié)果與討論

2.1 靜電紡絲工藝中電壓

隨著對聚合物溶液施加電壓的增加，體系的靜電力就會增大，聚合物溶液液滴的分裂能力就會變強(qiáng)所得纖維細(xì)絲的直徑將會減小。在靜電紡絲工藝中，當(dāng)對PVA溶液施加20～35kV的電壓后，聚合物溶液才會克服溶液表面張力從而形成噴射細(xì)流，此刻在聚合物溶液噴射過程中隨溶劑水的蒸發(fā)，聚合物發(fā)生固化現(xiàn)象，最后纖維細(xì)絲以無序狀排列在接收裝置上。電壓為25kV下的靜電紡絲PVA納米纖維微觀形貌圖中纖維直徑較細(xì)且無粘連，表面光滑，分布最均勻，即可得出實(shí)驗電壓的最優(yōu)參數(shù)為25kV。

2.2 遠(yuǎn)程LED器件的光學(xué)性能分析

2.2.1 顯色性

顯色指數(shù)是指在具有合理允許的色適應(yīng)狀態(tài)下，被測光源照明物體的心理物理色與參比光源照明同一色樣的心理物理色符合程度的度量。通過對比可以看出在紡絲時間相同時隨著紅色熒光粉的增加顯色指數(shù)明顯增大。紡絲時間0.5h時加入紅色熒光粉對顯色指數(shù)的影響最明顯，第三組（黃∶紅=5g∶1g）紅色熒光粉質(zhì)量比為17%時顯色指數(shù)達(dá)到了82.8，這樣的顯色指數(shù)完全滿足了日常的需要。從圖1中可以看出顯色指數(shù)的增大的原因是紅色熒光粉的加入造成了紅色波段部分增加，從而增大了顯色指數(shù)。

2.2.2 相關(guān)色溫

從表1可以看出紡絲時間長短可以有效地調(diào)節(jié)器件的相關(guān)色溫，變化范圍可達(dá)到16664K到4432K，相對色溫變化范圍很寬，黃色熒光粉中加入紅色熒光粉也能有效的降低器件的相關(guān)色溫，對比3組（0.5h）、3組（1.5h）樣品相關(guān)色溫下降了9012K。根據(jù)這個特點(diǎn)，利用紡絲時間的長短和紅色熒光粉的占比來調(diào)節(jié)燈的相對色溫，極大限度滿足需求者的要求。但現(xiàn)在商用LED產(chǎn)品普遍相對色溫高，而適合人類生存的LED產(chǎn)品應(yīng)當(dāng)是暖白色色調(diào)的光源。暖白色色調(diào)的光源要求相對色溫低，所以研制相對色溫低LED產(chǎn)品已經(jīng)成為LED行業(yè)的主導(dǎo)方向。

3 結(jié)語

本文基于靜電紡絲工藝制備了遠(yuǎn)程熒光片，研究了遠(yuǎn)程LED器件的光學(xué)性能。通過實(shí)驗表明，摻有熒光粉的8%的PVA溶液在25kV的電壓下產(chǎn)生的纖維細(xì)絲分布均勻且表面光滑，直徑較細(xì)，彼此沒有粘連。紡絲時間對遠(yuǎn)程熒光片的厚度有影響，厚度增加降低了遠(yuǎn)程LED器件的色溫，在黃色熒光粉中加入紅色熒光粉也可有效地調(diào)節(jié)LED器件的相關(guān)色溫，調(diào)節(jié)范圍為13444K至4432K。因此，靜電紡絲工藝可以制造合適的熒光片用于調(diào)整燈具的發(fā)光光譜成分，改善照明質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉虹，陳良惠.我國半導(dǎo)體照明發(fā)展戰(zhàn)略研究[J].中國工程科學(xué)，2011，13（6）：39-43.

[2] 楊森，馬燕瓊，王惟邈，等.遠(yuǎn)程熒光LED器件影響因素研究[J].照明工程學(xué)報，2014（1）：89-93.

[3] 師奇松，于建香，顧克壯，等.靜電紡絲技術(shù)及其應(yīng)用[J].化學(xué)世界，2005，45（5）：313-316.endprint