白光LED熒光粉的分析.

1、白光白光LED熒光粉的性能熒光粉的性能與應用與應用主 要 內 容一、發(fā)光材料的發(fā)光機理一、發(fā)光材料的發(fā)光機理二、白光LED的實現(xiàn)方式三、LED熒光粉的分類四、熒光粉的涂覆方法五、現(xiàn)狀與展望LEDLED技術技術一、發(fā)光材料的發(fā)光機理 發(fā)光的過程概括的說就是吸收能量和放出能量的過程。當物質受到諸如光照、外加電場或電子束轟擊等作用后，吸收外界能量，外層電子處于激發(fā)態(tài)，它在躍遷回到基態(tài)的過程中，吸收的能量會通過光或熱的形式釋放出來。如果這部分能量是以光的電磁波形式輻射出來，即為發(fā)光 。EXC激發(fā)；EM發(fā)射；HEAT非輻射回基態(tài) 一、發(fā)光材料的發(fā)光機理 發(fā)光材料主要分類： 按發(fā)光方式分為熒光材料和磷光材

2、料。 熒光材料（外界停止激發(fā)，自身停止發(fā)光）：LED熒光粉、三基色 熒光粉、鹵磷酸鈣粉等； 磷光材料（外界停止激發(fā)，自身繼續(xù)發(fā)光） ：長余輝材料 按激發(fā)方式分為：光致發(fā)光、陰極射線發(fā)光、電致發(fā)光、 摩擦發(fā)光、X射線發(fā)光和化學發(fā)光。 一、發(fā)光材料的發(fā)光機理一、發(fā)光材料的技術要求：1、發(fā)光效率、發(fā)光效率有效激發(fā)波長范圍盡可能寬，必須能夠覆蓋芯片發(fā)射波長，這樣才能夠適應多種芯片。 量子轉換效率高吸收少，發(fā)射多。盡可能少盡可能多2、顏色、顏色發(fā)射波長盡可能寬，這樣才能包含盡可能多的顏色（色域）；采用這類熒光粉封裝出的LED光源顯色性才有可能達到要求。右圖是目前常用的三種熒光粉的發(fā)射光譜（從上至下依次為

3、：黃粉、紅粉、綠粉）一、發(fā)光材料的發(fā)光機理3、穩(wěn)定性、穩(wěn)定性 物理、化學穩(wěn)定性高，不與封裝材料及芯片等發(fā)生化學反應，抗輻射能力強； 低的熱猝滅特性，在一定溫度范圍內，受熱不會發(fā)生大幅度的衰減（氮化物正是靠此優(yōu)勢取代了硫化物紅色熒光粉）。一、發(fā)光材料的發(fā)光機理2040608010012014016018020022060708090100110 PL / %Temp. (degree) 4-3-2 SBT 104Domain: 570nm一、發(fā)光材料的發(fā)光機理4 4、熱穩(wěn)定性、熱穩(wěn)定性5、其他要求、其他要求晶格完整性高，晶體表面破壞較?。捍蠊β薀晒夥劬Ц裢暾愿哂谛」β薀晒夥郏粤炼纫哺?。形貌

4、規(guī)則，盡可能是規(guī)則的多面體或者球形后處理工藝要求較高；顆粒度一致性高，分布均勻分級技術及工藝非常重要；噴霧熱解法是目前能夠噴霧熱解法是目前能夠完全達到上述完全達到上述3點要求的點要求的唯一方法，該法生產的唯一方法，該法生產的YAG不需球磨，不需分不需球磨，不需分級即可達到實用要求；級即可達到實用要求；不過該法的缺點也很明不過該法的缺點也很明顯顯產量小、能耗高產量小、能耗高噴霧熱解法制備的噴霧熱解法制備的YAG的的SEM圖圖一、發(fā)光材料的發(fā)光機理 發(fā)光材料的應用領域發(fā)光材料的應用領域 1、照明：熒光燈，白光LED 2、顯示：CRT顯示器 3、指示：道路及應急通道的長余輝指示一、發(fā)光材料的發(fā)光機理

5、一、發(fā)光材料的發(fā)光機理二、白光二、白光LED的實現(xiàn)方式的實現(xiàn)方式三、LED熒光粉的分類四、熒光粉的涂覆方法五、現(xiàn)狀與展望二、白光LED的實現(xiàn)方式普通照明對白光普通照明對白光LEDLED的要求的要求二、白光LED的實現(xiàn)方式太陽光、不同色溫節(jié)能燈光譜圖太陽光、不同色溫節(jié)能燈光譜圖二、白光LED的實現(xiàn)方式任意通過白光區(qū)域的兩點所代表的顏色都可以通過一定的比例混合來實現(xiàn)白光；任意三點連線，如該連線所得三角形包含白光區(qū)域，這三點所代表的顏色也可以混合得到白光。CIE-1931色度圖 二、白光LED的實現(xiàn)方式 國際照明委員會（CIE）規(guī)定15個顏色，用R1R15表示，其中R1R8為典型顯色指數(shù)，R9R15

6、為特殊顯色指數(shù) 。把一個光源光譜與標準光譜進行比較，Ra是他們的平均值。LED顏色非常豐富，然而在照明、尤其是通用照明領域，白光才是人們所普遍需要的光，這也是為什么各大公司均在白光LED領域重點發(fā)展的原因。目前實現(xiàn)白光LED的方法有很多種，最常見的是以下幾種：1、藍光芯片+黃色熒光粉（+紅色熒光粉+綠色熒光粉）（主流）2、近紫外芯片+三基色熒光粉（潛力巨大、能夠有效降低成本）3、紅綠藍（紅黃藍）三種顏色芯片組合封裝（芯片老化性能不一、顏色漂移嚴重）4、ZnSe單色芯片：自身藍光+黃光組合成白光（技術目前尚未取得重大突破）二、白光LED的實現(xiàn)方式實現(xiàn)白光LED的方案芯片數(shù)芯片數(shù)激發(fā)源激發(fā)源發(fā)光材

7、料發(fā)光材料發(fā)光原理發(fā)光原理1藍光藍光LEDInGaN/YAGInGaN的藍光與的藍光與YAG的黃光混成白光的黃光混成白光藍光LEDInGaN/紅、綠熒光粉InGaN的藍光激發(fā)紅、綠二基色熒光粉實現(xiàn)白光藍光LEDZnSe由薄膜層發(fā)出的藍光和在基板上激發(fā)的黃光混合成白光紫外LEDInGaN/熒光粉InGaN的紫光激發(fā)紅、綠、藍三基色熒光粉實現(xiàn)白光紫外LEDInGaN/熒光粉InGaN的紫光激發(fā)單一白色熒光粉2藍光LED黃綠LEDInGaNGaP將具有補色關系的二種芯片封裝在一起，構成白色LED3藍色LED綠色LED紅色LEDInGaNInGaNAlInGaP將發(fā)三元色的三種芯片封裝在一起，構成白光

8、LED多個多個多種光色的LEDInGaNAlInGaPGaP將遍布可見光區(qū)的多種色光的芯片封裝在一起，構成白光LED二、白光LED的實現(xiàn)方式一、發(fā)光材料的發(fā)光機理二、白光LED的實現(xiàn)方式三、三、LED熒光粉的主要種類熒光粉的主要種類四、熒光粉的涂覆方法五、現(xiàn)狀與展望三、LED熒光粉的主要種類LED熒光粉的分類方法有很多：1、根據(jù)顏色可以分為：黃色熒光粉、黃色熒光粉、橙色熒光粉、橙色熒光粉、紅色熒光粉、紅色熒光粉、綠色熒光粉綠色熒光粉；2、根據(jù)基質體系可以分為：鋁酸鹽熒光粉、硅酸鹽熒光粉、氮（氧）化物熒光粉、其他體系熒光粉3、根據(jù)產品類型可以分為大功率熒光粉、小功率熒光粉本文根據(jù)第一種分類方法來

9、進行討論1、黃色熒光粉黃色熒光粉是目前應用最普遍，技術最成熟的熒光粉，其代表是： X3(A3B2)O12 立方晶系Al: Octahedral(B)Al: Tetrahedral(A)Y(X)1997-7-29，日亞專利US 5998925采用藍光InGaN搭配YAG實現(xiàn)白光發(fā)射2000-7-8，歐司朗通過Tb摻雜得到TAG，并申請白光專利US6669866三、LED熒光粉的主要種類YAG（Y3Al5O12）的激發(fā)和發(fā)射光譜圖500550600650700020406080100 Relative IntensityWavelength /nmY Gd500550600650700020406

10、080100 Relative IntensityWavelength /nmAl GaGaGdY3Al5O12:Ce300350400450500020406080100 Relative IntensityWavelength /nm三、LED熒光粉的主要種類另一類具有代表性的黃色熒光粉是：堿土金屬正硅酸鹽熒光粉（Ba/Sr/Ca）SiO4:Eu500550600650700020406080100 Relative IntensityWavelength /nmBaSrA2SiO4:Eu2+ SrBaCa300350400450500020406080100 Relative Inten

11、sityWavelength /nmEu三、LED熒光粉的主要種類這方面的研究國內外都有很多，專利也不少： 長春理工大學：201010030805.2 四川大學：200910216431.0 長春光機所：201010144761.6 通用電氣：US6429583, 1998-12-30 豐田合成：US6809347, 2001-11-19 Philips：WO03/080763, 2003-3-25 Intematix：US2006/0027781, 2004-8-4國內專利不論時間、國內專利不論時間、數(shù)量、質量及轉化應數(shù)量、質量及轉化應用的效果都明顯遜于用的效果都明顯遜于發(fā)達國家專利發(fā)達國家

12、專利三、LED熒光粉的主要種類藍光藍光LED正硅酸鹽正硅酸鹽石榴石型鋁酸鹽石榴石型鋁酸鹽半峰寬：半峰寬：60-80nm發(fā)射可調范圍：發(fā)射可調范圍：500-580適合激發(fā)范圍：適合激發(fā)范圍：380-470顆粒度：相對較大顆粒度：相對較大溫度猝滅特性：較大溫度猝滅特性：較大半峰寬：半峰寬：100nm發(fā)射可調范圍：發(fā)射可調范圍：515-565適合激發(fā)范圍：適合激發(fā)范圍：430-470顆粒度：較為適中顆粒度：較為適中溫度猝滅特性：一般溫度猝滅特性：一般三、LED熒光粉的主要種類 研究及生產單位：研究及生產單位： 研究單位有很多：學校、研究所、企業(yè)等，由于和應用端聯(lián)系緊密，僅有一些企業(yè)成功進入了市場，學

13、校在從事應用研究還存在很大的缺陷。 主要生產廠家有：日亞化學、三菱化學、臺灣弘大、深圳英特美、中村宇極、常熟江南、大連路明、南京博睿、廈門科明達、南工大電光源材料所。三、LED熒光粉的主要種類2、紅色熒光粉、紅色熒光粉 氮化物熒光粉作為一類新型的LED紅色熒光粉是近十年來才引起人們關注的。相對于堿土金屬硫化物體系紅光熒光粉物化性能不穩(wěn)定,易潮解等缺點,氮化物體系熒光粉則能有效彌補這個缺陷，目前已經發(fā)展成了一類成熟紅色熒光粉，使白光LED的顯色指數(shù)達到了一個新水平（7590） 。具有以下優(yōu)點： 化學性質穩(wěn)定、不潮解； 有效激發(fā)范圍和發(fā)射光譜范圍都很寬； 穩(wěn)定性高，高溫衰減率很??；缺點： 制備技術

14、難度大，設備要求高，原材料要求特殊，價格昂貴價格昂貴。三、LED熒光粉的主要種類氮氮( (氧氧) )化物熒光粉化物熒光粉- - AESi2O2N2:EuCaSrBa三、LED熒光粉的主要種類在實際封裝中，紅色熒光粉的用量較少，以有色院峰波長為630nm的紅粉為例，添加量為23%時，即有明顯效果，色溫下降，顯指提高（CCT：30004000K；Ra：8085），添加57%時，色溫已經下降很多（CCT：25003500K），而顯指則出現(xiàn)下降的現(xiàn)象（Ra：7580），這是紅粉量過多所致。一般在實際應用中，應根據(jù)紅色熒光粉的光譜性質具體要求具體分析，不同波長的熒光粉摻加量有很大的區(qū)別，對封裝結果的影響

15、也有很大的區(qū)別。三、LED熒光粉的主要種類 由于氮化物熒光粉制備技術要求較高，市場壟斷程度也較高，近年來有不少研究人員在開發(fā)替代產品方面做了不少工作，他們的研究內容主要集中于以下幾個領域： 1、硅酸鹽橙色紅色熒光粉的開發(fā)，希望能夠開發(fā)出以硅酸鹽為基質材料的長波長紅色熒光粉； 2、堿土金屬硫化物紅色熒光粉的薄膜處理，通過二氧化硅薄膜以提高熒光粉的穩(wěn)定性； 3、結合近紫外芯片的研究，開發(fā)以堿金屬鎢鉬酸鹽為基質的紅色熒光粉；三、LED熒光粉的主要種類3、綠色熒光粉、綠色熒光粉一般添加紅色熒光粉后，LED的顯指即可達到85左右，而這已能夠滿足目前應用的絕大部分領域，所以在沒有特殊要求的情況下，很少用到

16、綠粉，是實際應用中，添加綠粉一般可以將LED的顯指提升到90以上，最高可達95左右，（調整右圖三種熒光粉的比例，Ra可達93左右）。綠粉主要有兩類：硅酸鹽和氮化物，調整堿土金屬正硅酸鹽熒光粉中堿土金屬的種類和含量即可得到不同發(fā)射波長的綠色熒光粉；調整堿土金屬氮化物熒光粉中的堿土金屬種類也能夠得到不同發(fā)射波長的綠色熒光粉。三、LED熒光粉的主要種類 生產企業(yè)： 由于紅色熒光粉和綠色熒光粉用量較少，技術要求較高等原因 ，目前能夠穩(wěn)定生產這兩種熒光粉的企業(yè)非常少，主要有：三菱化學、中村宇極、有色金屬研究總院、英特美、日亞化學等幾家。三、LED熒光粉的主要種類一、發(fā)光材料的發(fā)光機理二、白光LED的實現(xiàn)

17、方式三、LED熒光粉的主要種類四、熒光粉的涂覆方法四、熒光粉的涂覆方法五、現(xiàn)狀與展望四、熒光粉的涂覆方法 涂覆方式介紹：涂覆方式介紹： 1、直接涂覆，將熒光粉和硅膠或者環(huán)氧樹脂混合后直接用點膠機涂敷在芯片上。（最簡單、最成熟、最主流） 2、將熒光粉和硅膠制成薄膜片，待芯片用硅膠保護后，貼在支架上； 3、將熒光粉直接制造在芯片上面（Cree報道過該技術）； 4、將熒光粉混合在透明材料中，直接制成板材，然后制成燈具。加拿大率先申請專利，飛利浦后收購（remote phosphor）。南京工業(yè)大學南京工業(yè)大學“一種一種轉光板及其制造方轉光板及其制造方法法”，公開號：，公開號：CN101737723A

18、（工藝簡單、免分選、（工藝簡單、免分選、均勻度高、無眩光、成均勻度高、無眩光、成本有所提高）本有所提高）上圖為飛利浦采用上圖為飛利浦采用remote phosphor 技術制造的技術制造的LED燈泡，他是美燈泡，他是美國能源部國能源部LPrize技術競賽接收的第一項參賽作品技術競賽接收的第一項參賽作品 ，在，在2009年美國時年美國時代雜志評選的代雜志評選的50項最佳發(fā)明名單中，飛利浦的項最佳發(fā)明名單中，飛利浦的LED照明燈泡列為第三照明燈泡列為第三 四、熒光粉的涂覆方法 LED熒光粉的涂覆方法有很多種，但是他們要達到的目的是大同小異的： 1、利用熒光粉來實現(xiàn)白光； 2、盡可能的提高發(fā)光效率；

19、 3、使光源出光均勻。四、熒光粉的涂覆方法 主流涂覆方法存在問題： 1、由于點膠設備及熒光粉沉降的問題，一致性還有待繼續(xù)提高； 2、大功率封裝中的“黃圈”如何消除，使光源及燈具出光顏色更加一致同樣有待提高。四、熒光粉的涂覆方法一、發(fā)光材料的發(fā)光機理二、白光LED的實現(xiàn)方式三、LED熒光粉的主要種類四、熒光粉的涂覆方法五、現(xiàn)狀與展望五、現(xiàn)狀與展望五、現(xiàn)狀與展望作為新一代的照明、顯示技術；作為新一種照明產品，顯示器件，LED獲得了多數(shù)人的青睞，近十幾年來LED各方面技術不斷提升，目前研究人員主要從以下幾個方面進行研究開發(fā)： 1、芯片效率（內、外量子效率）； 2、散熱（如何有效的將芯片熱量有效快速的

20、導出）； 3、新型發(fā)光材料的開發(fā)； 4、成本（在目前的技術上繼續(xù)降低成本）； 5、替代技術的開發(fā)（以液相合成取代氣相合成）光效：光效：自從1997年白光LED取得突破以來，以光效為代表的各項技術都在不斷提升，2006年6月日亞化學白光LED率先突破100lm/W，緊接著Cree、Soul Semiconductor 、Osram 、Citizen、Philips都宣布了自己取得了同樣的突破，去年Cree宣布率先取得了200lm/W的技術突破，并接近期將進行163lm/W的產品量產。各種燈具整燈光效普遍達到50lm/W以上，部分企業(yè)所生產的燈具光效已超過80lm/W，甚至90lm/W，價格已降低到普通熒光燈售價的4倍甚至3倍以內。五、現(xiàn)狀與展望從以上技術數(shù)據(jù)來看LED取代白熾燈和熒光燈是不存在技術難題的，節(jié)能效果也是實實在在的，唯一的不足就是目前價格還很高。種類光效lm/W壽命/h價格/元白熾燈715100025熒光燈40705000100001020LED409025000450003080五、現(xiàn)狀與展望成本 成本/售價是目前影響LED走向普及的最大難