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(guān)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(jié)構(gòu)、光譜特性和熱穩(wěn)定性進行簡要介紹。

　　圖1為YAG的晶體結(jié)構(gòu)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(quán)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(quán)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