2021年4月
第32卷第2期
照明工程学报
ZHAOMING GONGCHENG XUEBAO
Apo.2021
Vol.32No.2
远程荧光粉薄膜浓度和厚度对白光LED性能的影响李燕1!2!郑怀文1J于飞1J杨华1!2!李璟1!2，伊晓燕1,
（1.中国科学院半导体研究所，北京100083； 2.中国科学院半导体照明研发中心，北京100083；
3.中国科学院大学，北京100049）
摘要：本文研究了不同浓度（10-80wt%）和不同厚度（0.1-3.1mm）的远程荧光粉薄膜对白光LED光学性能的影响，为了解不同功率密度激发下荧光粉层的特性，利用大功率LD照射的远程荧光粉层研究了其随功率的温度变化。结果表明，远程荧光粉薄膜的工作温度随其浓度和厚度的增加而增加，并且存在一个适用的最大浓度和厚度。40wt%（0.2mm厚度）和0.7mm（20wt%）的荧光粉薄膜可实现最优的光学性能，而薄膜的工作温度及温度分布由荧光粉产热量、散热结构及热导率共同决定，这对于未来进一步改善白光LED的光热性能和均匀性具有指导意义（
关键词：远程荧光粉；发光饱和；荧光粉层温度；白光照明
中图分类号：TM923文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1004B40X.2021.02.007
新生儿巨结肠中学生心理The Infleencc of Remote Phosphor Film Concentration
and Thicknes s on the Performancc of White LED
LI Yan1"2,ZHENG Huaiwen1"2,YU Fei1"2,YANG Hua1"2,LI Jing1"2,
YI Xiaoyan1'2'%,WANG Junxi1'2'%,LI Jinmin1'2'%
(1.of Semicooductors,Chine Academy of Sciences,Beijing100083,China； 2.Rearch and Development
Center for Solid State Lighting,^nstitute of Semicooductors,Chine Academy of Sciences,Beijing100083,China；
3.Ungersito of Chine Acodemy of Sciences,Beijing100049,China)
Abstracc:In this p apeo,the eCCcle of remote phosphor films with diferent concontrations(10〜80wt%) and thickness(0.1〜3.1mm)on the opticol properties of white LEDs were studied.In ordeo to unde5stand the cha5acte5gstgcs oethe phospho5laye5unde5the e tc gtatgon oedg e5entpowe5densgtges,the tempe5atu5e change w gth powe5wasstudged us gng the5emote phospho5laye5g5ad gated by hggh-powe5LD.In thgswo5k,the5esults show that the ope5at gng tempe5atu5e oethe5emote phospho5laye5eglm gnc5eas w gth gts concentatgon and thgckne s,and the5eetgstsan applgcableconcentatgon and thgckness.40wt%(0.2mm thgckne s)and0.7mm(20wt%)phospho5eglms ach ge ee the optgmal optgcal pe5eo5mance,whglethe ope5atgng tempe5atu5e and tempe5atu5e dgstgbutgon oethe eglm a5e dete5mgned by the phospho5heat p5oductgon,heatdgssgpatgon st uctu5e and the5mal conduct gegty,whgch gsagugdelgneeo5eu5the5gmp5oegng theoptgcaland the5malpe5eo5manceand ungeo5mgtyoewhgteLED lgghtgnggn theeutu5e.
Key words：5emotephospho5；lum gnescence satu5at gon；tempe5atu5e oephospho5laye5；whgtelgghtgng
基金项目：国家重点研发计划（批准号：2017YFB0403200%2017YFB0403201）
通信作者：杨华，E-mail:***************
第32卷第2期李燕等：远程荧光粉薄膜浓度和厚度对白光LED性能的影响31引言
近年来，荧光粉转换白光LED（PC-WLED）由
于其高能效、长和发展成为照明应用
中的重要照明光源［1-*。数光LED将
LED发出的蓝光与光粉的黄光混合
来产生的［4，5*。增光粉层和可以增加
PC-WLED的光通量，提光效的有使用较厚荧光粉层或较高的荧光，使用较高的电动LED以增加光通量［6-8*。光粉层的参数（、厚度、、装结构等）对PC-BED性能的影响已有大量报道〔9-3*，对于远
程荧光膜层的和对光学性能和热学性能的影响研究并不多。
研究的目的是研究荧光粉薄膜的厚度和浓度对光通量、光功率、光、相温（CCT）、色坐标以及温度等的影响，在使用远程荧光为照明封装商用产品时，应综光粉层：厚度等，能的荧光LED。
1实验过程
为了研究远程荧光粉薄膜浓度和厚度对LED光学性能与热学性能的影响，制备了不同（10〜80wt%，其中厚度固定为0.2mm）和不同厚度（0.1〜3.1mm，其中浓度固定为20wt%）的远程光粉膜。称量同质量的荧光粉（YAG：Ce3+）与硅胶（Dow Corning,A：B=1：1）混合并搅拌均匀，放入真空脱泡机以去除搅拌过程中产生的气泡，为了控程荧光粉胶的，将光粉硅胶混合物注入到聚四氟乙烯模具中，最后将好的：放入电热鼓风干燥箱内，120兀固化30min，制成同和的荧光粉膜。具体工艺流程1所示。实验采用的LED为商用蓝光LED，峰值波长为455nm。在LED/LD上安装铝反射杯，并将制备的远程荧光粉硅胶片粘贴光。LED/ LD激发远程荧光板的光学性能光电分析系统（Evarfine）在积分球中测量。用UV-vis分光光度计（TU-1950）的谱和反射谱。使用红外热像仪（F/s T620）测量蓝光激发远程荧光粉片的表面温度。
荧光粉膜120°C固化PTFE模具
图1制备远程荧光粉膜的工艺流程
Fig.1F//cetmn process of remote phosphor film
2结果与讨论
图2（a）和（b）分别对实验所用蓝光LED和荧光粉的性能进行了表征，对于蓝光LED而言，电流从50mA增加到350mA，间隔为50mA，可以看，在此电内，光功率和电压均电流的增增加，插为蓝光LED的电致发光谱。YAG：Ce3+光的光致发光激发谱（PLE）和光发光谱（PL）2（b）所示，中PLE 340nm和450nm的发，YAG中Ce3+的4f$5d电子跃迁。YAG：Ce3+荧光粉的PL的宽发于Ce3+的5d$4f跃迁。插为荧光粉在描电的微貌，荧光粉颗粒近为球体，中值粒径（D50）约15!m。
为了研究所制备的远程荧光粉膜的发光特性,
对同的和了试，其中样品厚度固定为0.2m m，如图3（a）和（b）所示。另，不同的和反射率结果如图3（c）和（d）所示，浓度固定为20wt%。在透射光谱中观察到450nm和340nm 处的两个吸收带，其源自YAG中Ce3+的4f$5d电跃迁。可，0.2mm的程光膜的透过率随浓度的增降低，主要可于荧光颗粒对光的多重；现相反，的增增加，于更高的可用于实现更大的数，有利于获更强的能）13*。为20wt%时，远程光膜的的增降，
光层的增增。
32照明工程学报2021年4月
300 350 400 450
500 550 600 650
波长/am
(b)
图2 蓝光LED 和荧光粉性能表征
Fig. 2 Performancc characterization of blue LED and phosphor
------70 wt%------80 wt%90%
次北固山下教案/<；划瞰
40 wt%50 wt%60 wt%
o o o
o o o o o o
98765432110 wt%20 wt%30 wt%300
400 500
600 700 800波长/am
(a)
8070
605040
30
2010
贵州都匀毛尖------10 wt% 40 wt% 70 wt%
_
20 wt% —^― 50 wt% 80 wt%------30 wt% 60 w t%
浓度
300
400 500 600 700 800
波长/am
(b)
o o o
o o o o o o o
987654321300 400 500 600
700 800
波长/am ©
-------0.1 mm 0.5 mm 2.0 mm _-------0.2 mm 0.7 mm --------3.1 mm -------0.3 mm 1.0 mm
厚度
波长/am
(d)
%/<；捺宦件幅‘........
%/<；坦瞰
下雪的诗
%/<；捺團
图3不同浓度远程荧光粉样品的(a )透过率(b )反射率，不同厚度样品的(c)透过率(d )反射率
Fig. 3
( a) Transmittancc ( b ) re/ectance of remote phosphor samples with different ccnccntrations ,
(c) transmittancc ( d ) reflectancc of samples with diferent thickness
图4 ( a )显示了不同浓度远程荧光粉膜在蓝光 LED 照 的光谱分布, 光 的增加,
蓝光峰降低，黄光 。图4 (b ) 示，在定的荧光粉层
于荧光粉层
的增
的光通量随着更高的电流而更大。图4 ( c)显示了同 光 层 在 光 LED 照 的 光谱分 ,
光 层 的 增 , 光 降 , 光
高。同时在恒定的荧光粉颗粒 于荧光粉层
的增 的 明 量 更 的 电 更
(
4 (d ))
(
第32卷第2期
李燕等：远程荧光粉薄膜浓度和厚度对白光LED 性能的影响
33
400 450 500 550 600 650 700 750
波长/am
80
60
40201000
50 100 150 200 250 300 350
电流/mA
(b)在不同LED 驱动电流下不同浓度荧光粉层的总光通量
20
u q /*®^
100
400 450 500 550 600 650 700 750
波长/am
(c)不同厚度远程荧光粉片的发射光谱
(a)不同浓度远程荧光粉片的发射光谱
.n .e /
蜃舉
0.12
80
50 100 150 200 250 300 350
电流/mA
(d)在不同LED 驱动电流下不同厚度荧光粉层的总光通量
图4
( a )不同浓度远程荧光粉片的发射光谱；(b )在不同LED 驱动电流下不同浓度荧光粉层的总光通量；(c)不同厚度远程荧光粉片的发射光谱；(d )在不同LED 驱动电流下不同厚度荧光粉层的总光通量
Fig. 4
( a) Emission spectra oS remote phosphor film with different concentrations ； ( b ) total luminous tux oS remote phosphoo
film with different cencentrations undeo different LED driving currents ； ( c) emission spectra oS remote phosphoo film with
different thickness ； ( d ) total luminous flux oS remote phosphoo film with diferent thickness undeo different LED drive currents
尽管光通量随电流的增加而增加，然而随着荧 光 和 的增加，光量在更高的 和厚处 (
5 )( 光粉膜 /厚度增加，更多的荧光 光，光量增加,{超过40 wt%时，或者厚度超过0. 7 mm 时，光通量
随浓度/厚度的增加而减少(见图5 ( a )、 ( c)),
光
身在较高电 有观察到光通量降低， 于光出现饱和 ，原因
可归结为：第一，根据光粉的PL 谱可 ,
光谱具有一定的 ， 光粉的吸收谱和发射谱
发生重叠, 现光 吸收的可能性(
第二，随着荧光 /厚度增加，
降 i 反射率升高，从而导致流明输出减少。图5 ( a )和(d )分别显k 了 380〜780 nm 范围内不同浓度/厚
光 LED 的光功 , 和 :
的增加，光功率均逐渐降低。根据光效及墙插 (WPE )的定义可
，光与光通量
一致，WPE 与光功率的变化趋势一致。
光 LED 的颜色特性与荧光粉浓度和的 6所示，
光 的增加,
LED 的色温 降低，色坐标 光区域 移
动到黄光区域, 为20〜30 wt%时接近白光o 对 于 同 的 光 膜 ， 温 光
的增加而降低，同时色坐标在厚度为0.2 mm 和 0.3 mm 厚度时最接近白光°对于某些需要保持高 效工作状态的场合,40 wt% ( 0. 2 mm 厚度)和
0. 7 mm (20 wt% )的 光粉膜可实现最优的光学性 能，而对于需要白光的场合，
要对光效和色
温 综合考虑。
于低功 光激发下，温度对荧光粉层的影
响并不是很大，为了解不同功 发 光粉层的 特性，使用蓝光LD (峰值波长450 nm ，光斑长轴
1.2 mm ，短轴0.35 mm )来充当大功率激发光源° 实验中蓝光LED 提供的 功率密
约为
34照明工程学报
2021年4月
UIV*U
来
6090
100
80
70
50
(a)
分国槪西来
O
O O O
O O O O O O
42086420863332222211o o
o o o O 9 8 7 6 5 4
T M .U e /^来
%/w d M
2
08
6420864
档案管理总结
3322222111luv*嘿来
怎么样学习280260240220320300340分日、槪西来
0 0.5 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0厚度/mm ©
200180160
0.5 1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
厚度/mm (d)
%w d M
2086
420864
3322222111图5
( a )在一定厚度(〜0.2 mm )下，不同浓度荧光粉膜在350 mA 蓝光LED 照射下的光通量，光功率和(b )光效和WPE ,(c)在一定浓度(〜20wt% )下，不同厚度荧光粉膜在350 mA 蓝光LED 照射下的光通量，光功率和(d )光效和WPE Fig. 5 ( a ) Undee a certain thickness ( - 0. 2 mm ) , the luminous flux , luminous powee and ( b ) luminous efficiency and WPE of dOferent ccnccntrations of phosphoe film undee the irradiation of 350 mA blue LED ； ( c) at a certain ccnccntration ( - 20 wt% ) , the luminous flux , luminous powee and ( d ) luminous efficiency and WPE of phosp
hoe film of dOferent thickness undee the irradiation of 350 mA blue LED 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8
浓度/wt%
r —•—•―♦
40 50 60 7C
浓度/wt%
(a)
0 0.5 1.0 1.52.02.53.0
个体工商户税收
厚度/mm
1.5
2.0 2.5
3.0
厚度/mm
(c)
O I /I U U
(b)
(d)
图6 350 mA 蓝光照射下(a ) CCT 和(b )色坐标随浓度的变化,(c) CCT 和(d )色坐标随厚度的变化
Fig. 6 ( a ) CCT and ( b ) celoe ccordinate changes with ccnccntration , ( c) CCT and ( d ) celoe
ccordinate changes with thickness undee the irradiation of 350 mA blue
LED
