不同温度下的 LED 荧光体性能检测
引言
led（light-emitting diode）是半导体二极管的一种，能把电能转化成光能。led是由pn结组成的，其特点是施加正向电压时释放单色光（monochromaticlight），这种现象被称为电致发光（electro- lumine-scence）。led 通常由基板和化合物半导体组成，以释放蓝光的led为例，采用可释放蓝色光线的gan半导体材料，将n型半导体（n-gan）、过渡层（in-gan）及p型半导体（p-gan）依次蒸镀到基板上。如图1b所示，上方设有可施加电压的(+)电极，(-)极则设在n-gan的局部。zui近，因为白光led具有环保、使用寿命长的特点，对白光led的研究颇受关注，相关机构预测将来白光led可替代荧光灯。白光led以发光二极管为基础，利用 led释放的光和相应的荧光体（phosphor）结合，使得混合形成的光的分布十分接近太阳光的白色光。
图 1. (a) led发光原理，(b)蓝色 led
图2.白光led的4种组合方法
图2所示展示了4种白光led的组合方法，各组合方法的特点如下：
①蓝色led+黄色荧光体：这是目前作为zui常用的方法，将gan基led芯片的蓝光作为激发光，激发黄色荧光体-y3al5o12:ce(yag:ce)。蓝色 led芯片发出波长约为450nm的蓝光和荧光体发出的波长约为 560nm 的黄光相混合形成白光。
②uv led+rgb三波长荧光体：将紫外光led作为激发光源激发rgb三波长荧光粉产生白光，其发光效率比蓝光优越。
③3原色led发光二极管组合：由红、绿、蓝3种 led芯片组合而成，不使用荧光体。由于不使用荧光
体，所以不存在荧光体吸收和散射导致的光损失，不过3种led芯片的发射光谱都不宽，每个芯片的特
性都要调整，不太适合用于照明。
④具有互补关系的2色led发光二极管组合：将相互具有互补关系的橙色和青绿色led发光二极管组合为一体的方法，按照 4:1的比例混合就能形成白光。用于白光led的荧光材料除了需确保较高的荧光效率，还要维持材料的热稳定性。目前研究人员正在积极研发可满足上述条件的荧光体。在本研究中，利用lumina的peltier粉末池附件，以普通荧光物质硫酸锶（srso4）和应用较为广泛的白光led荧光材料-铝酸盐类荧光剂yag（yttrium alumini-um garnet, y3al5o12）为实验对象，检测不同温度条件下的荧光性能，并对检测结果进行比较。用于本研究的 peltier粉末池架采用空气制冷设计，可在20 -90范围内控制样品的温度，zui高升温速度为 30 /min（图 3）。
图 3. (a) lumina peltier粉末池附件，(b) peltier温度控制器
试剂和仪器
1. 荧光分光计(lumina)
2.led 荧光粉yag（钇铝石榴子石y3al5o12）3.硫酸锶粉末[srso4] 4.peltier 粉末池5.peltier 粉末池支架6.peltier 温度控制器
实验步骤
1.将yag（led荧光剂）粉末放入peltier粉末池内，盖上盖子，再放置于粉末池支架上。
2.在lumina上安装peltier粉末池支架后，连接至peltier温度控制器上。
3.将peltier温度控制器的温度设定为20 ，温度稳定后连续检测10次荧光强度并求得平均值。
4.每次升温10 ，温度稳定后连续检测10次并求得平均荧光强度，直至90。
5.按照步骤1-3对硫酸锶（srso4）粉末进行取样并检测荧光强度。
仪器参数
图 4. (a) yag(led phosphor)粉末检测条件，(b) srso4粉末检测条件
结果
利用peltier粉末池附件检测样品的荧光性能，如图5所示随着温度上升，yag（led荧光剂）和硫酸（srso4）的荧光强度均呈下降趋势。随着温度上升，led荧光体的荧光强度下降11%，硫酸锶（srso4）的荧光强度则下降27.7%，具体数据见表1。可以确认led荧光剂的荧光强度下降幅度小于srso
图 5.在不同温度条件下，yag(led phosphor)和 srso4的荧光强度
表 1.不同温度条件下，yag(led phosphor)和 srso4的荧光强度
随着温度上升，荧光强度下降，这是由于高温条件下荧光分子的运动变得更加活跃，分子间的撞击容易导致能量转移或者系间窜越。因此不同的荧光剂显示不同的温度消光效率2)。另外，观察yag（led荧光剂）的发射光谱（图 6），随着温度上升，zui大荧光强度的波长向长波长方向移动约6nm左右（20为542.6nm，90为548.4nm）。这主要是由于荧光体吸收光照达到激发态后，释放光量子并返回基态，随着温度上升，会以发热或其他形态失去部分能量，导致返回基态后的分子能量水平有所下降3)。
结论
在本实验中，利用thermo fisher的lumina荧光分光光度计和peltier粉末池附件检测了不同温度条件下led荧光剂及普通荧光样品的荧光强度。根据检测结果可确认，随着温度上升，样品的荧光强度会下降，而且led 荧光体的荧光强度下降幅度小于普通荧光样品。同时，led荧光体的发射光谱zui大峰值向长波长方向移动。
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①蓝色led+黄色荧光体：这是目前作为zui常用的方法，将gan基led芯片的蓝光作为激发光，激发黄色荧光体-y3al5o12:ce(yag:ce)。蓝色 led芯片发出波长约为450nm的蓝光和荧光体发出的波长约为 560nm 的黄光相混合形成白光。
②uv led+rgb三波长荧光体：将紫外光led作为激发光源激发rgb三波长荧光粉产生白光，其发光效率比蓝光优越。
③3原色led发光二极管组合：由红、绿、蓝3种 led芯片组合而成，不使用荧光体。由于不使用荧光
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图 3. (a) lumina peltier粉末池附件，(b) peltier温度控制器
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1. 荧光分光计(lumina)
2.led 荧光粉yag（钇铝石榴子石y3al5o12）3.硫酸锶粉末[srso4] 4.peltier 粉末池5.peltier 粉末池支架6.peltier 温度控制器
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3.将peltier温度控制器的温度设定为20 ，温度稳定后连续检测10次荧光强度并求得平均值。
4.每次升温10 ，温度稳定后连续检测10次并求得平均荧光强度，直至90。
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结果
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