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功率型白光LED封装技术发展的四个趋势

2010-12-06 09:11
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  1996年,Nichia公司的Nakamura等首次使用蓝光LED结合黄色荧光粉转化合成了白光LED。他所采用的黄色荧光粉为Y3Al5O12:Ce3+(简称YAG:Ce3+),这种荧光粉在470nm波段附近有较强的宽带吸收,然后激发出540nm附近的黄光,LED本身发射的蓝光与荧光粉激发的黄光结合形成白光。后来,YAG:Ce3+因其转化效率高、热稳定性好以及激发波段宽等优势,成为白光的主流技术。

  趋势一:新型荧光粉的开发

  YAG:Ce3+是最早被广泛应用于白光LED技术中的一种荧光粉,但是由于其发射光谱中红色成分较少,难以获得较高显色指数和低色温的白光LED;另一方面,半导体照明的持续发展推动人们开发出更高转化效率的荧光粉。早期,通过在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+红绿色荧光粉来实现高显色指数、低色温的要求,但是由于这类碱土金属硫化物物理化学性质不稳定、易潮解、挥发和具有腐蚀性等问题,不能满足LED照明产业的需求。近来,人们开发了一种热稳定性和化学稳定性优异的红色荧光粉,能完全替代碱土金属硫化物实现高显色指数、低色温白光LED,因其具有硅氮(氧)四面体结构,被称为氮氧化物,具有更高的激发效率。

        当前,国外公司在LED用荧光粉方面技术成熟,且持有大部分重要专利。他们通过对荧光粉专利的把持而占领LED市场,YAG:Ce3+荧光粉的专利主要由Nichia占有[U.S. 5998925],Osram则占据了Tb3Al5O12: Ce3+的荧光粉专利[U.S. 6812500, 6060861, 65276930],TG、LWB和Tridonic持有掺Eu2+(SrBaCa)2SiO4Si:Al,B,P,Ge..的专利[U.S. 6809347],Intematix持有掺Eu2+(SrBaMg)2SiO4O:F,Cl,N,S..的专利[U.S. 20060027781, 200627785, 200628122]。反观国内,LED用荧光粉方面的研究大多集中在科研院所,主要是对现有荧光粉材料的合成和发光等物性的研究上,而在产业化技术的开发上做的不够。

  趋势二:白光LED光学模型的建立及发展

  荧光粉应用于白光LED,还需根据LED的具体需求而定,诸如荧光粉的颗粒大小等等。对荧光粉的研究主要集中在荧光粉的光学性质对白光LED封装性能的影响,例如取光效率[1-3]、颜色空间分布[4,5]以及光色质量[6,7]上面。在这些研究中,采用蒙特卡洛光线追迹的方法利用光学软件模拟LED封装结构的光学性能,将荧光粉层处理成Mie散射材料,这样能够通过光学模拟获得白光LED的激发和发射特性,但是模拟没有考虑到荧光粉具体的散射特性,缺少实验验证。Narendran[8]、Zhu[9]、Kang[10]和Z. Liu[11]则通过实验详细的研究了荧光粉的光学性质。

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