LED封装中荧光粉的选择与解决方案[2]

　　图9为Sr3SiO5:Eu2+在不同温度下的发光强度的变化。从图中可以看出，温度为100℃时，发射峰强度下降至常温下的92%。并且，当温度超过100℃后，发光强度下降迅速加快。至250℃时，其发光强度仅为常温下的46%。热稳定性相对较差。据有关报道称，可通过掺杂少量的Ba来改善其热稳定性。　　

　　正硅酸盐荧光粉最早的专利是通用电气于1998年11月30日申请美国专利US 6,429,583。随后，德国欧司朗申请了SrBaSiO4:Eu2+专利，美国专利号：US 7,064,480，优先权日为2000.7.28。接着，德国布赖通根荧光灯厂(LWB)，日本丰田合成 (Toyoda Gosei)和奥地利锐高 (Tridonic)联合申请了含Sr、Ba和Ca的正硅酸盐荧光粉专利，美国专利号：US 6,809,347，优先权日为2000.12.28。Sr3SiO5:Eu2+的专利最早见于韩国化工研究院(KRICT)申请的专利，美国专利号：US 7,045,826，优先权日为2003.3.28。

　　图10为Sr2Si5N8的晶体结构图(斜方晶系)，空间群Pmn21[6]。晶胞中同时存在两个位置的Sr，即Sr1和Sr2，分别为8配位和10配位。　

　　图11为Sr2Si5N8:Eu2+的激发光谱(a)和发射光谱(b)。激发光谱覆盖350～500nm的范围，因而可作为紫外LED、近紫外LED和蓝光LED芯片用荧光粉。发射峰为中心位于619nm的宽带发射，归属于Eu2+的4f65d1-4f7跃迁。Sr2Si5N8:Eu2+是目前主流的氮化物红粉之一，可与黄粉配合封装高亮度白光LED。

　　图12为Sr2Si5N8:Eu2+在不同温度下的发光强度的变化。从图中可以看出，温度为100℃时，发射峰强度下降至常温下的95%。至300℃时，其发光强度可达到常温下的64%。由此可见，其热稳定性优异。

　　图13为CaAlSiN3的晶体结构图(斜方晶系)空间群Cmc21[7]。晶胞中只存在一个位置的Ca，占据4a格位。Al和Si原子则随机占据晶格中的8b格位。

　　图14为CaAlSiN3:Eu2+的激发光谱(a)和发射光谱(b)。激发光谱覆盖350nm～500nm的范围，因而可作为紫外LED、近紫外LED和蓝光LED芯片用荧光粉。发射峰为中心位于660nm的宽带发射，归属于Eu2+的4f65d1-4f7跃迁。CaAlSiN3:Eu2+是目前主流的氮化物红粉，可与黄粉配合封装高显色指数白光LED。由于其合成需要使用高温高压烧结设备，因此，其价格较为昂贵。

　　图15是SrSi2O2N2的晶体结构图(三斜晶系)空间群P1[8]。SiON3形成共角四面体层状结构，碱土金属Sr则夹在SiON3四面体层之间。　

　　图16为SrSi2O2N2:Eu2+的激发光谱和发射光谱。其激发光谱包含5个中心分别位于262、311、365、412和456nm激发峰。发射峰位于544nm处，半峰宽为83nm[3]。

　　最早的氮化物荧光粉专利是德国欧司朗于1999年11月30日申请的欧洲专利EP1,104,799。随后，日本国立材料科学研究所(NIMS)申请了Sialon荧光粉专利，美国专利号为：US6,632,379，优先权日为2001年6月7日。接着，德国欧司朗在2002年9月24日又申请了MSi2O2N2:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)专利，专利号为：EP 1,413,618。2004年2月27日，日本同和矿业(DOWA)申请了CaAlSiN3:Eu2+荧光粉的专利，专利号为：JP2005239985。

　　LED荧光粉的专利地图见图17，美国科锐公司(CREE)最早申请了LED的转换原理。随后，日亚化学、欧司朗和通用电气陆续申请了YAG粉、TAG粉和258氮化物，Ba2SiO4:Eu荧光粉专利。

　　二、白光LED的荧光粉解决方案

　　对于不同色温白光LED，所选用的荧光粉会根据显色指数进行相应地调整(详见表2)。一般来说，如果要获得高显色指数LED或暖白色LED，需要加入红粉。对于正白色和冷白色的LED，只需要加一种黄粉即可。

　　荧光粉本身的各种参数对于封装后的LED性能来说影响重大，具体的对应关系见下图18。荧光粉的组成决定了其色坐标，相应地会影响LED的相关色温。荧光粉的颗粒大小影响其发光亮度，一般来说，大颗粒获得的亮度高，颗粒呈球形也有利于提高发光效率。粒度分布越宽，宽度系数(D90-D10)/D50也就越大，导致封装落Bin率降低，同时使LED出光均匀性受到一定影响。颗粒的表面形貌如存在缺陷，也降低其老化性能，进而影响LED的使用寿命。