LED封裝中熒光粉的選擇與解決方案
白光LED因其高效、節(jié)能、壽命長、無污染、可靠性高等優(yōu)點,被譽為第四代綠色照明光源。隨著LED發(fā)光效率的穩(wěn)步提升以及價格的不斷下降,目前LED燈的光效已經(jīng)可以達到150lm/W,半導體照明將逐步取代白熾燈和普通熒光燈等傳統(tǒng)照明光源。
白光LED的制作方式主要有兩種,一種是采用紅、綠、藍三基色LED芯片封裝成白光LED,另一種是利用單個LED芯片配合熒光粉。后一種方式在生產(chǎn)成本、散熱和控制電路上具有優(yōu)勢,在工業(yè)上最為常用。因而,熒光粉是半導體照明的關鍵材料之一。目前,LED用的熒光粉主要有三大體系,即鋁酸鹽、硅酸鹽和氮(氧)化物,其各自特性見表1。
一、不同體系的LED熒光粉特性
1.鋁酸鹽體系主要有鈰激活石榴石型熒光粉,如Y3Al5O12:Ce3+(YAG:Ce3+),Tb3Al5O12:Ce3+(TAG:Ce3+)和Lu3Al5O12:Ce3+(LuAG:Ce3+)。YAG粉和TAG粉為常用的黃粉,LuAG粉為綠粉,量子效率均大于90%,同時具有優(yōu)良的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性。下面以YAG粉為例,對基質(zhì)晶體結構、光譜特性和熱穩(wěn)定性進行簡要介紹。
圖1為YAG的晶體結構圖(立方晶系),空間群Ia-3d[1]。晶胞中存在兩種位置的Al,即Al1和Al2,分別形成AlO6八面體和AlO4四面體。
圖2為YAG:Ce3+的激發(fā)光譜(a)和發(fā)射光譜(b)。在激發(fā)光譜中,位于340nm和460nm左右處有兩個寬帶激發(fā)峰,這分別歸屬于Ce3+的2F5/2 (或2F7/2)→2D5/2和2F5/2 (或2F7/2)→2D3/2躍遷。發(fā)射主峰則位于530nm處,為寬帶發(fā)射,對應于Ce3+的2D3/2→2F5/2和2D3/2→2F7/2輻射躍遷[2]。適用于匹配藍光LED芯片封裝白光LED。
圖3為YAG:Ce3+在不同溫度下的發(fā)射光譜及發(fā)光強度變化[3].從圖中可以看出,隨著溫度的升高,YAG:Ce3+的發(fā)射峰逐漸紅移,且發(fā)射峰強度逐漸降低。溫度為100℃時,發(fā)射峰強度降為常溫下94%。超過100℃后,發(fā)射峰強度下降幅度逐漸加大,至300℃時,發(fā)射峰強度僅為常溫下38%。
YAG粉和LuAG粉的上位發(fā)明專利為日本日亞化學(Nichia)擁有,專利號:US 5,998,925,優(yōu)先權日:1996.7.29。TAG粉的專利為德國歐司朗(OSRAM)占有,專利號:US 6,669,866,優(yōu)先權日:1999.7.23。
2.硅酸鹽體系主要有M2SiO4:Eu2+和M3SiO5:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)熒光粉。前者可作為綠粉和黃粉,后者是橙色粉。這類硅酸鹽熒光粉的化學穩(wěn)定性和熱穩(wěn)定性相對要差一些。
下面以Sr2SiO4:Eu2+和
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