3.  荧光粉在封装中的应用

　　封装之前除了需确定封装结构外，还需选择好芯片和荧光粉。对于高色温的冷白光LED通常选用InGaN芯片配合YAG:Ce黄色荧光粉，获得低色温的暖白光LED需要在此基础上添加红色荧光粉或采用紫外芯片配合三基色荧光粉。LED芯片和荧光粉之间存在一个匹配的问题，只有当LED芯片的发射峰与荧光粉的激发峰最大程度地重叠时，才能最大限度地发挥LED芯片和荧光粉的效率。

　　图1为InGaN芯片和YAG:Ce荧光粉的荧光光谱，其中左边带斜线阴影部分为InGaN芯片的发射光谱，左边淡灰色阴影为YAG:Ce的激发光谱；右边为在460nm激发下的发射光谱。从图中可以看出，InGaN芯片的发射光谱和YAG:Ce的激发光谱重合的非常好，这样就使YAG:Ce处于最有效的激发条件下，从而使YAG:Ce的发光效率最高。当YAG:Ce的激发主峰向左或向右偏移InGaN芯片的发射峰时，都大幅降低两者的重叠程度，从而导致封装后LED 的光效显著降低。

　　图2是不同YAG:Ce荧光粉添加量的LED色坐标，其中1点为InGaN蓝光芯片的色坐标，7点为YAG:Ce荧光粉的色坐标，2点到6点是将YAG:Ce荧光粉薄层置于玻璃上用LED芯片激发所测得的色坐标，2点为添加一层YAG:Ce荧光粉，3点为添加2层YAG:Ce荧光粉，依次类推。由图可看出，适当调节YAG:Ce荧光粉的厚度即可使白光LED的色坐标在芯片色坐标与荧光粉色坐标连线上移动。另外，从图2中有一个三角形，其三个顶点坐标分别为美国国家电视标准委员会（NTSC）规定的红、绿、蓝三基色荧光粉的色坐标。在图2中还可以看到有一条黑色的弧线，这是根据黑体辐射公式计算出的在不同温度下黑体的色坐标曲线，称为黑体轨迹，它是衡量白光LED色温的重要依据。

　　图3为用荧光粉调制白光LED 的色温，图3左边标出了InGaN芯片色坐标和一系列不同YAG:Ce色坐标之间的连线和4500K~10000K等相关色温线，图3右边为左图在白光区域的局部放大图。从图3中可知，当YAG:Ce的色坐标靠近绿光区域时，InGaN芯片和YAG:Ce的色坐标连线与各等相关色温线的交点，随着色温的降低而偏离黑体轨迹逐渐增大。这表明偏绿光的YAG:Ce不适合于封装中低色温的白光LED，因为如果封装中低色温的白光LED将会使白光LED的色坐标在黑体轨迹上方偏离较大，这样显色性差，会从而超出国际电工委员会（IEC）规定的允许误差范围内。同理，当YAG:Ce的色坐标靠近橙光区域时，它不适合用于封装高色温的白光LED，这样封装出的白光LED的色坐标同样会在黑体轨迹下方偏离较大。因此，需要根据所需封装的白光LED色温相应地选取适当色坐标的荧光粉，通过调节荧光粉的使用量来使封装后白光LED的色坐标尽量靠近黑体轨迹，使其符合国际电工委员会规定的标准。

　　上面只给出了YAG:Ce匹配450nm的蓝光LED芯片的情况，实际使用的蓝光LED芯片还有很多，发射波长一般在450nm~470nm之间。因此，我们需要针对每个发射波长的LED芯片研发一系列色坐标不同的YAG:Ce荧光粉，用于封装一系列不同色温的白光LED。对于低色温白光LED（3300K以下），YAG:Ce由于缺乏红光成分不能满足要求，需要对其进行改进。比如通过Ce和Pr共掺杂YAG，可使封装后的白光LED显色指数（Ra）达到83左右。要获得显色指数Ra大于90的白光LED，则需添加红色荧光粉（如Sr2Si5N8:Eu2+）配合YAG:Ce使用。因此，对于高显色性低色温的暖白光LED来说，开发高效稳定的红色荧光粉是至关重要的。