Nichia公司的Nakamura等首次使用藍光led結(jié)合黃色熒光粉轉(zhuǎn)化合成了白光LED.他所采用的黃色熒光粉為Y3Al5O12:Ce3+(簡稱YAG:Ce3+),這種熒光粉在470nm波段附近有較強的寬帶吸收,然后激發(fā)出540nm附近的黃光,,LED本身發(fā)射的藍光與熒光粉激發(fā)的黃光結(jié)合形成白光。后來,,YAG:Ce3+因其轉(zhuǎn)化效率高、熱穩(wěn)定性好以及激發(fā)波段寬等優(yōu)勢,,成為白光的主流技術(shù),。
走向一:新型熒光粉的開發(fā)
YAG:Ce3+是最早被廣泛應用于白光LED技術(shù)中的一種熒光粉,但是由于其發(fā)射光譜中紅色成分較少,,難以獲得較高顯色指數(shù)和低色溫的白光LED;另一方面,,半導體照明的持續(xù)發(fā)展推動人們開發(fā)出更高轉(zhuǎn)化效率的熒光粉。早期,,通過在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+,、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+紅綠色熒光粉來實現(xiàn)高顯色指數(shù)、低色溫的要求,,但是由于這類堿土金屬硫化物物理化學性質(zhì)不穩(wěn)定,、易潮解、揮發(fā)和具有腐蝕性等問題,,不能滿足LED照明產(chǎn)業(yè)的需求,。近來,人們開發(fā)了一種熱穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性優(yōu)異的紅色熒光粉,,能完全替代堿土金屬硫化物實現(xiàn)高顯色指數(shù),、低色溫白光LED,因其具有硅氮(氧)四面體結(jié)構(gòu),被稱為氮氧化物,,具有更高的激發(fā)效率,。
當前,國外公司在LED用熒光粉方面技術(shù)成熟,,且持有大部分重要專利,。他們通過對熒光粉專利的把持而占領(lǐng)LED市場,YAG:Ce3+熒光粉的專利主要由Nichia占有[U.S.5998925],Osram則占據(jù)了Tb3Al5O12: Ce3+的熒光粉專利[U.S. 6812500, 6060861,65276930],TG,、LWB和Tridonic持有摻Eu2+(SrBaCa)2SiO4Si:Al,B,P,Ge的專利[U.S.6809347],Intematix持有摻Eu2+(SrBaMg)2SiO4O:F,Cl,N,S的專利[U.S.20060027781, 200627785,200628122].反觀國內(nèi),,LED用熒光粉方面的研究大多集中在科研院所,主要是對現(xiàn)有熒光粉材料的合成和發(fā)光等物性的研究上,,而在產(chǎn)業(yè)化技術(shù)的開發(fā)上做的不夠,。
走向二:白光LED光學模型的建立及發(fā)展
熒光粉應用于白光LED,還需根據(jù)LED的具體需求而定,,諸如熒光粉的顆粒大小等等。對熒光粉的研究主要集中在熒光粉的光學性質(zhì)對白光led封裝性能的影響,,例如取光效率,、顏色空間分布以及光色質(zhì)量上面。在這些研究中,,采用蒙特卡洛光線追跡的方法利用光學軟件模擬LED封裝結(jié)構(gòu)的光學性能,將熒光粉層處理成Mie散射材料,,這樣能夠通過光學模擬獲得白光LED的激發(fā)和發(fā)射特性,,但是模擬沒有考慮到熒光粉具體的散射特性,缺少實驗驗證,。
走向三:新型熒光粉涂覆方式
傳統(tǒng)的熒光粉涂覆方式為點粉模式,,即熒光粉與膠體的混合物填充到芯片支架杯碗內(nèi),然后加熱固化,。這種涂覆方式熒光粉量難以控制,,并且由于各處激發(fā)光不同,使得白光LED容易出現(xiàn)黃斑或者藍斑等光色不均勻現(xiàn)象,。PhilipsLumileds公司提出了保形涂覆的熒光粉涂覆方式,,它們在倒裝LED芯片表面覆蓋一層厚度一致的熒光粉膜層,提高了白光LED的光色穩(wěn)定性,。也有公司采用在芯片表面沉積一層熒光粉的方法來實現(xiàn)激發(fā),。這些涂覆方式都是將芯片與熒光粉接觸。H.Luo等研究者的光學模擬結(jié)果表明,,這種熒光粉與芯片接觸的近場激發(fā)方法,,增加了激發(fā)光的背散射損耗,降低了器件的取光效率,。澳大利亞的Sommer采用數(shù)值模擬的方法模擬PhilipsLumileds的熒光粉保形涂覆結(jié)構(gòu),,結(jié)果顯示這種涂覆方法并不能提供更好的角度均勻性。隨著對白光LED光學模擬的深入,,熒光粉遠場激發(fā)的方案顯示了更多的優(yōu)越性,。
走向四:大電流注入及散熱結(jié)構(gòu)
為了滿足通用照明高光通量的需求,人們提高了單顆芯片的驅(qū)動功率,,以往1W的大功率芯片被注入到3W,、5W,甚至更高。這使得白光LED的熱問題越來越嚴重,,人們采用各種散熱技術(shù),,如熱管、微熱管,、水冷,、風冷等方法對LED實施散熱。