LED封裝技術(shù)及熒光粉在封裝中的應(yīng)用

圖1為InGaN芯片和YAG:Ce熒光粉的熒光光譜，其中左邊帶斜線陰影部分為InGaN芯片的發(fā)射光譜，左邊淡灰色陰影為YAG:Ce的激發(fā)光譜；右邊為在460nm激發(fā)下的發(fā)射光譜。從圖中可以看出，InGaN芯片的發(fā)射光譜和YAG:Ce的激發(fā)光譜重合的非常好，這樣就使YAG:Ce處于最有效的激發(fā)條件下，從而使YAG:Ce的發(fā)光效率最高。當(dāng)YAG:Ce的激發(fā)主峰向左或向右偏移InGaN芯片的發(fā)射峰時(shí)，都大幅降低兩者的重疊程度，從而導(dǎo)致封裝后LED 的光效顯著降低。

圖1 InGaN芯片和YAG:Ce熒光光譜 圖2 不同YAG:Ce添加量的LED色坐標(biāo)

圖2是不同YAG:Ce熒光粉添加量的LED色坐標(biāo)，其中1點(diǎn)為InGaN藍(lán)光芯片的色坐標(biāo)，7點(diǎn)為YAG:Ce熒光粉的色坐標(biāo)，2點(diǎn)到6點(diǎn)是將YAG:Ce熒光粉薄層置于玻璃上用LED芯片激發(fā)所測得的色坐標(biāo)，2點(diǎn)為添加一層YAG:Ce熒光粉，3點(diǎn)為添加2層YAG:Ce熒光粉，依次類推。由圖可看出，適當(dāng)調(diào)節(jié)YAG:Ce熒光粉的厚度即可使白光LED的色坐標(biāo)在芯片色坐標(biāo)與熒光粉色坐標(biāo)連線上移動(dòng)。另外，從圖2中有一個(gè)三角形，其三個(gè)頂點(diǎn)坐標(biāo)分別為美國國家電視標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)（NTSC）規(guī)定的紅、綠、藍(lán)三基色熒光粉的色坐標(biāo)。在圖2中還可以看到有一條黑色的弧線，這是根據(jù)黑體輻射公式計(jì)算出的在不同溫度下黑體的色坐標(biāo)曲線，稱為黑體軌跡，它是衡量白光LED色溫的重要依據(jù)。

圖3 用熒光粉調(diào)制白光LED的色溫

圖3為用熒光粉調(diào)制白光LED 的色溫，圖3左邊標(biāo)出了InGaN芯片色坐標(biāo)和一系列不同YAG:Ce色坐標(biāo)之間的連線和4500K~10000K等相關(guān)色溫線，圖3右邊為左圖在白光區(qū)域的局部放大圖。從圖3中可知，當(dāng)YAG:Ce的色坐標(biāo)靠近綠光區(qū)域時(shí)，InGaN芯片和YAG:Ce的色坐標(biāo)連線與各等相關(guān)色溫線的交點(diǎn)，隨著色溫的降低而偏離黑體軌跡逐漸增大。這表明偏綠光的YAG:Ce不適合于封裝中低色溫的白光LED，因?yàn)槿绻?a class="contentlabel" href="http://butianyuan.cn/news/listbylabel/label/封裝">封裝中低色溫的白光LED將會(huì)使白光LED的色坐標(biāo)在黑體軌跡上方偏離較大，這樣顯色性差，會(huì)從而超出國際電工委員會(huì)（IEC）規(guī)定的允許誤差范圍內(nèi)。同理，當(dāng)YAG:Ce的色坐標(biāo)靠近橙光區(qū)域時(shí)，它不適合用于封裝高色溫的白光LED，這樣封裝出的白光LED的色坐標(biāo)同樣會(huì)在黑體軌跡下方偏離較大。因此，需要根據(jù)所需封裝的白光LED色溫相應(yīng)地選取適當(dāng)色坐標(biāo)的熒光粉，通過調(diào)節(jié)熒光粉的使用量來使封裝后白光LED的色坐標(biāo)盡量靠近黑體軌跡，使其符合國際電工委員會(huì)規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)。

上面只給出了YAG:Ce匹配450nm的藍(lán)光LED芯片的情況，實(shí)際使用的藍(lán)光LED芯片還有很多，發(fā)射波長一般在450nm~470nm之間。因此，我們需要針對每個(gè)發(fā)射波長的LED芯片研發(fā)一系列色坐標(biāo)不同的YAG:Ce熒光粉，用于封裝一系列不同色溫的白光LED。對于低色溫白光LED（3300K以下），YAG:Ce由于缺乏紅光成分不能滿足要求，需要對其進(jìn)行改進(jìn)。比如通過Ce和Pr共摻雜YAG，可使封裝后的白光LED顯色指數(shù)（Ra）達(dá)到83左右。要獲得顯色指數(shù)Ra大于90的白光LED，則需添加紅色熒光粉（如Sr2Si5N8:Eu2+）配合YAG:Ce使用。因此，對于高顯色性低色溫的暖白光LED來說，開發(fā)高效穩(wěn)定的紅色熒光粉是至關(guān)重要的。