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日亚垄断蓝光芯片加YAG荧光粉专利 需寻求突破

2010-11-25 10:20
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  作者:苏宇 

  由于具有体积小、成本低、控制回路设计简单,蓝光芯片+YAG铝酸盐黄色荧光粉是当前白光LED的主流实现方式,也成为国内大多LED封装厂商跟随的方式。然而,因YAG黄色荧光粉的白光LED封装专利为日亚化学所有,中国厂商采用了该技术的白光LED产品在外销时势必会遭到其专利围堵,而拖累市场。因此,要规避蓝光LED+黄色荧光粉国际专利封锁,需要在关键材料上获得突破。

  蓝光LED+YAG荧光粉的原理是利用460nm波长的蓝光芯片上涂一层YAG荧光粉,利用蓝光LED激发荧光粉以产生与蓝光互补的555nm波长黄光,并将互补的黄光、蓝光混合得到白光。短期内要在芯片制造/外延材料上取得突破显得不现实,业界普遍认同新型荧光粉材料是突破白光LED国际专利壁垒的有效途经。比如,欧司朗的TAG铝酸盐黄色荧光粉就是突破YAG荧光粉专利的成功案例(其它用于实现白光LED的主要荧光粉技术还有丰田合成、英特美和Tridonic的硅酸盐系列荧光粉等)。而当前中国市场上的黄色粉几乎都是日亚专利的YAG铝酸盐荧光粉,因此要在白光LED市场取得主动,中国需要自主的白光LED荧光粉技术。来自宇极芯光公司的王海嵩博士表示,氮化物黄色荧光粉有望取代YAG铝酸盐荧光粉以规避日亚化学相关的专利壁垒。

  荧光粉是影响白光LED光效、使用寿命、演色指数、色温等主要指标的关键材料之一。色彩亮度不均主要是由于芯片发光层外荧光粉的覆盖不均造成的,所以如何让荧光粉均匀覆盖在芯片发光层外部是白光LED封装的重点,而荧光粉和封装材料混合的均匀性更会影响LED所发白光的一致性。蓝光芯片配以YAG黄色荧光粉的缺点是红光谱的亮度和色度都不佳。据悉,宇极科技的氮化物黄色荧光粉获得了2010年“南海杯”国家半导体照明产品创新奖,获奖原因就是氮化物黄色荧光粉能比YAG铝酸盐和硅酸盐荧光粉具备更高演色性并覆盖更高色域,适合色彩丰富的场合。王海嵩介绍说,宇极科技的氮化物黄色荧光粉已申请国际专利,由于氮化物荧光粉的红、蓝色域较大,YAG和硅酸盐都达不到,目前其目前主要的应用在于YAG粉做不了的市场,比如该公司目前和国家农业科学院合作的高暖色、植物生长灯就属于这类型。因为不同植物对光谱需求是不一样的,为了达到相应的蓝光和红光光谱,对光子数有一定比例要求,如果使用传统的红、蓝光芯片,需要为其找到相关的光谱点,容易造成不均匀问题。而使用荧光粉的好处则是红、蓝光可以根据荧光粉的多寡来决定,即使200颗LED照射出来的光都一致。

  色域是指系统能产生的演色总和,我们知道背光源所能达到的色域越广,LCD的色彩表现越逼真艳丽。王海嵩表示,用荧光粉解决背光源封装问题,可解决发光发亮的一致性问题,该公司氮化物荧光粉覆盖500nm到660nm波长,YAG和硅酸盐荧光粉很多都做不到的LED背光源要求只有氮化物能够做到,比如氮化物荧光粉可以实现YAG和硅酸盐实现不了桃红色。另外,宇极芯光的大功率LED主要针对摄影补光、医疗机械无影灯等高显色指数应用。因为传统光源的红外部分会产生热,对病人及其组织都是不利的,而采用高显色LED的无影灯只包括可见光而不发热。在高演色应用中,产品良率可通过色温控制等技术达到,其成本会相对较低。比如宇极芯光的大功率LED在摄影补光正白区5,800k附件只有总共400k的偏差,而国家标准允许偏差范围在1,000k的水平,其色温要求不到国家标准偏差的一半,解决了色温漂移问题,目前已大批量出货。

  王海嵩博士同时坦陈,YAG荧光粉的光效已达80%多,但氮化物荧光粉的效率目前相对较低,与其相差10%左右。但因光效效率影响的是亮度,通用照明会比较依赖,就诸如背光源应用而言,需要的是更高的演色性和稳定性,而不一定要求高亮度。而由于氮氧化物荧光粉作为新兴荧光粉技术还有很大的潜力可挖,YAG铝酸盐的发展可谓到达了极致,因此王海嵩相信,未来5-6年氮氧化物荧光粉技术将走向成熟,提升到YAG现在的水平,首先突破YAG荧光粉专利的垄断。

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