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技術(shù)文章

用于暖白光LED的新材料


 發(fā)光二極管更普遍地被稱(chēng)為“LED”,因其能源效率和耐久性而眾所周知。但當前的白光LED所發(fā)出的藍冷光卻擋住了LED的室內照明之路。

現在,佐治亞大學(xué)的科學(xué)家們已經(jīng)制造出了被認為是世界上首例能用僅僅一種發(fā)光材料(或磷光體)、一個(gè)光照發(fā)射中心就發(fā)出暖白光的LED。自然出版集團的雜志《光:科學(xué)與應用》的現行版對這種材料進(jìn)行了詳細的描述。

目前,白光LED主要用于閃光燈和車(chē)燈,但它們發(fā)出的藍冷光很不招人喜歡,尤其是在室內,佐治亞大學(xué)富蘭克林藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院及佐治亞大學(xué)工程學(xué)院物理系副教授也就是本論文的**作者潘正偉說(shuō)。我們發(fā)明的材料可達到暖色溫,與此同時(shí)還能提供高度**的彩色再現功能,這是以前的單一磷光體轉化型LED所從未展示過(guò)的。

潘正偉解釋說(shuō)有兩個(gè)主要變量可用于評估人造光的質(zhì)量。相關(guān)色溫是其中一個(gè)變量,可用于測定光的冷度或暖度,低于4000開(kāi)爾文的色溫非常適合室內照明。(相反,高于5000開(kāi)爾文的相關(guān)色溫發(fā)出的是藍色光,也就是讓白光LED家喻戶(hù)曉的那種光。)另外一個(gè)重要的測度是顏色復原度,即光源復制自然光的能力。高于80的顯色指數對室內照明而言是非常理想的,而低于80的顯色指數會(huì )讓人覺(jué)得光的顏色不真實(shí)。潘正偉和他的同事們制造出的材料能滿(mǎn)足以上兩個(gè)門(mén)檻標準:相關(guān)色溫低于4000開(kāi)爾文,同時(shí)顯色指數為85。

潘正偉說(shuō)通??衫靡粔K涂有發(fā)光材料(或磷光體)的藍色LED芯片獲得暖白光——這里的發(fā)光材料可發(fā)出不同的光色,于是便制成了所謂的磷基白光LED”。但是,將光源材料以**的比例組合起來(lái)是一件既困難又費錢(qián)的事。同時(shí),由于每種光源材料對溫度變化的響應程度不同,因而所得到的顏色也常常千差萬(wàn)別。單一磷光體的使用恰巧解決了顏色穩定性問(wèn)題,因為這種材料的顏色質(zhì)量不會(huì )隨著(zhù)溫度的升高而發(fā)生改變,佐治亞大學(xué)工程學(xué)院的博士生也就是本論文的**作者Xufan Li說(shuō)。

為制造出新型磷光體,潘和他的團隊將微量的氧化銪與氧化鋁、氧化鋇和石墨粉混合在一起。然后他們將這些粉狀材料放在管式爐中,在14502642)的溫度下加熱。在管式爐的真空作用下,汽態(tài)材料被吸到一塊基片上,并在那里以黃色發(fā)光化合物的形式沉積下來(lái)。當黃色發(fā)光化合物被封裝入燈泡中并被一塊藍色LED芯片照亮后,便形成了暖白光。

雖然這個(gè)團隊的研究成果很有發(fā)展前景,但潘正偉強調在將這種材料用于家庭、商店和學(xué)校的照明前,他們仍需克服幾個(gè)障礙。首先,這種新材料的效率比目前的藍白光LED要低得多。其次,要使這種材料的生產(chǎn)擴大到工業(yè)規模也是有挑戰性的,因為在磷光體合成過(guò)程中即使是很小的溫度和壓力變化也會(huì )使材料發(fā)出完全不同的光色。

這種新型黃色磷光體具有以前從未報道過(guò)的新晶格結構。研究人員們目前正在研究該化合物里的離子是如何排列的,希望通過(guò)更深入地了解該化合物的原子級結構以提高其效率。我們還有更多的工作要做,潘正偉說(shuō),但我們已經(jīng)達到的良好色溫和顯色指數給我們開(kāi)了個(gè)很好的頭。

 

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