功率型白光LED封裝技術發展的四個趨勢

2020-11-24 OFweek維科網

　　1996年，Nichia公司的Nakamura等首次使用藍光LED結合黃色螢光粉轉化合成了白光LED。他所採用的黃色螢光粉為Y3Al5O12:Ce3+(簡稱YAG:Ce3+)，這種螢光粉在470nm波段附近有較強的寬帶吸收，然後激發出540nm附近的黃光，LED本身發射的藍光與螢光粉激發的黃光結合形成白光。後來，YAG:Ce3+因其轉化效率高、熱穩定性好以及激發波段寬等優勢，成為白光的主流技術。

　　趨勢一：新型螢光粉的開發

　　YAG:Ce3+是最早被廣泛應用於白光LED技術中的一種螢光粉，但是由於其發射光譜中紅色成分較少，難以獲得較高顯色指數和低色溫的白光LED；另一方面，半導體照明的持續發展推動人們開發出更高轉化效率的螢光粉。早期，通過在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+紅綠色螢光粉來實現高顯色指數、低色溫的要求，但是由於這類鹼土金屬硫化物物理化學性質不穩定、易潮解、揮發和具有腐蝕性等問題，不能滿足LED照明產業的需求。近來，人們開發了一種熱穩定性和化學穩定性優異的紅色螢光粉，能完全替代鹼土金屬硫化物實現高顯色指數、低色溫白光LED，因其具有矽氮(氧)四面體結構，被稱為氮氧化物，具有更高的激發效率。

        當前，國外公司在LED用螢光粉方面技術成熟，且持有大部分重要專利。他們通過對螢光粉專利的把持而佔領LED市場，YAG:Ce3+螢光粉的專利主要由Nichia佔有[U.S. 5998925]，Osram則佔據了Tb3Al5O12: Ce3+的螢光粉專利[U.S. 6812500, 6060861, 65276930]，TG、LWB和Tridonic持有摻Eu2+(SrBaCa)2SiO4Si:Al,B,P,Ge..的專利[U.S. 6809347]，Intematix持有摻Eu2+(SrBaMg)2SiO4O:F,Cl,N,S..的專利[U.S. 20060027781, 200627785, 200628122]。反觀國內，LED用螢光粉方面的研究大多集中在科研院所，主要是對現有螢光粉材料的合成和發光等物性的研究上，而在產業化技術的開發上做的不夠。

　　趨勢二：白光LED光學模型的建立及發展

　　螢光粉應用於白光LED，還需根據LED的具體需求而定，諸如螢光粉的顆粒大小等等。對螢光粉的研究主要集中在螢光粉的光學性質對白光LED封裝性能的影響，例如取光效率[1-3]、顏色空間分布[4,5]以及光色質量[6,7]上面。在這些研究中，採用蒙特卡洛光線追跡的方法利用光學軟體模擬LED封裝結構的光學性能，將螢光粉層處理成Mie散射材料，這樣能夠通過光學模擬獲得白光LED的激發和發射特性，但是模擬沒有考慮到螢光粉具體的散射特性，缺少實驗驗證。Narendran[8]、Zhu[9]、Kang[10]和Z. Liu[11]則通過實驗詳細的研究了螢光粉的光學性質。

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