工程培訓(xùn)教材

1、工程培訓(xùn)教材LED 熒光粉的種類在LED制作生產(chǎn)商,很多時候需要用到熒光粉這個化學(xué)成分,那么這個LED熒光粉的有哪些分類,在生產(chǎn)加工的過程中有哪些是要注意的,不用的分類中是否有有毒成分呢?該怎樣去區(qū)別這樣LED熒光粉呢?1、 YAG 鋁酸鹽熒光粉,優(yōu)點:亮度高,發(fā)射峰寬,成本低,應(yīng)用廣泛,黃粉效果較好缺點:激發(fā)波段窄,光譜中缺乏紅光的成分,顯色指數(shù)不高,很難超過 852、 硅酸鹽熒光粉優(yōu)點:激發(fā)波段寬,綠粉和橙粉較好缺點:發(fā)射峰窄,對濕度較敏感,缺乏好的紅粉,不太耐高溫,不適合做大功率 LED,適合用在小功率 LED3、 氮化物熒光粉優(yōu)點:激發(fā)波段寬,溫度穩(wěn)定性好,非常穩(wěn)定紅粉、綠粉較好缺點:

2、制造成本較高,發(fā)射峰較窄4、 硫化物熒光粉優(yōu)點:激發(fā)波段寬紅粉、綠粉較好,缺點:濕度敏感,制造過程中會產(chǎn)生污染,對人有害,有很強的臭味,會腐蝕支架 (屬于淘汰的產(chǎn)品但市場有賣假粉的人為了賺取更多的利潤,有可以用這種成份的熒光粉來充當好熒光粉)白光LED用熒光粉的技術(shù)發(fā)展狀況1 引言 半導(dǎo)體照明器件生產(chǎn)是個系統(tǒng)工程，中上游外延片、芯片制造是基礎(chǔ)，下游封裝及應(yīng)用領(lǐng)域涉及的熒光粉、各類封裝用膠材等配套產(chǎn)業(yè)也相當重要。目前，實現(xiàn)白光LED照明的主流方式是利用半導(dǎo)體芯片激發(fā)熒光粉生成白光，采用這種方式，只需要一種藍光或紫外的芯片激發(fā)與之匹配的熒光粉就可產(chǎn)生白光，大大簡化白光LED封裝及應(yīng)用成本。熒光粉仍

3、然是白光LED封裝中的關(guān)鍵材料之一，其發(fā)光特性對白光LED的發(fā)光強度、顯色性、發(fā)光效率、色溫、壽命等性能有著重要影響。本文對白光LED用熒光粉的應(yīng)用狀況、發(fā)展趨勢進行總結(jié)、展望。2 LED用熒光粉的性能評價用于半導(dǎo)體照明器件的熒光粉除了能夠有效地吸收LED芯片發(fā)出的光且具有較高的轉(zhuǎn)換效率外，還必須具有較好的化學(xué)穩(wěn)定性、溫度穩(wěn)定性、適當?shù)牧６燃傲６确植?、對人體無毒無害等特點。表征熒光粉性能的主要宏觀參數(shù)有：光效(受LED芯片激發(fā)的光通量(Lm)與激發(fā)光功率(W)之比);發(fā)光效率(受激發(fā)射光的能量(光功率)與激發(fā)光的能量(光功率)之比);量子效率(受激發(fā)射光的光子數(shù)與激發(fā)光的光子數(shù)之比);激發(fā)光譜

4、;發(fā)射光譜;相對發(fā)光強度;粒度和粒度分布等。其中用相對亮度評價熒光粉的發(fā)光效率的高低，只有比較兩種色溫、光譜分布相近時才有意義，且需要標準熒光粉作參考，這對標準熒光粉的制備、儲存、穩(wěn)定性等指標有很高的要求。三、LED用熒光粉發(fā)展現(xiàn)狀白光LED用黃色熒光粉業(yè)界比較熟悉的是(Y1-x,Gdx)3(Al1-y.Gay)5O12:Ce（簡寫YAG:Ce），它能夠有效被440480nm藍光LED芯片有效激發(fā)，熒光粉發(fā)出的黃光與芯片發(fā)出的藍光互補形成白光?；谶@一白光LED的形成機理，日亞化學(xué)（Nichia)專利US5998925給出的通式是(Y1-x,Smx)3(Al1-y,Gay)5O12:Ce（簡寫

5、YAG:Ce）。YAG熒光粉并非是日亞化學(xué)開發(fā)出來及擁有的專利，YAG熒光粉搭配藍光LED芯片這項技術(shù)才是日亞所擁有的專利。歐司朗（Osram）專利US6669866給出的通式是(Tb1-x-y,Rex,Cey)3(Al,Ga)5O12（簡寫TAG:Ce）。兩者比較，前者效率較高，適合用在高色溫的白光LED，后者在其專利中聲稱適合用于色溫低于5000K的白光LED。YAG熒光粉之所以受到業(yè)界廣泛使用，一方面，YAG熒光粉的發(fā)射光譜相當寬廣，對波長的誤差容忍度相對較大，讓封裝者在制造白光LED時，藉此可以提高產(chǎn)品良率而降低成本。另一方面，此類熒光粉也是市面上最容易取得且效率較好的白光LED用黃色

6、熒光粉。但是，YAG也有在生產(chǎn)過程中還是有一些不容易解決的問題，例如，需要高溫還原氣氛下進行反應(yīng)合成、粒徑大小不易控制、作為激活劑的稀土材料價格較高、無法配出暖色系等。除此以外，以鈰離子作為激活劑的石榴石熒光粉在耐溫特性上表現(xiàn)不好，有實驗證實，溫度每升高100，其發(fā)光強度下降約30%。因此，應(yīng)用在高功率LED產(chǎn)品中，若散熱解決不好，使用此類熒光粉對產(chǎn)品整體效率有較大影響。除了YAG黃色熒光粉，近年來成功開發(fā)的白光LED用黃色熒光粉還有硅酸鹽體系和硅基氮氧化物熒光粉，這個領(lǐng)域有相當多的業(yè)者投入。白光LED用紅色熒光粉一直以來受限于堿土金屬硫化物熒光粉的化學(xué)穩(wěn)定性差，熱穩(wěn)定性差，光衰大等弱點，嚴重

7、影響白光LED產(chǎn)品的質(zhì)量。近年來主要開發(fā)的新型紅色熒光粉有硅酸鹽、鋁酸鹽、鎢鉬酸鹽、氮（氧）化物等熒光粉，它們在化學(xué)穩(wěn)定性方面能夠得到滿足，但硅酸鹽、鋁酸鹽紅色熒光粉的發(fā)光效率偏低，鎢鉬酸鹽的激發(fā)與發(fā)射峰較窄，對芯片要求較高。新型硅基氮（氧）化物熒光粉在熱穩(wěn)定性、化學(xué)穩(wěn)定性及發(fā)光效率方面表現(xiàn)出優(yōu)異的性能，且激發(fā)范圍寬，適用于藍光、紫光或紫外激發(fā)，打破了白光LED用紅色熒光粉長期以來的沉寂和瓶頸，受到科學(xué)界和產(chǎn)業(yè)界極大關(guān)注。代表性的有MxSiyNz:Eu(M:Ca,Sr,Ba;z=2/3x+4/3y)和CaAlSiN3:Eu，均可被紫外、紫光或藍光LED有效激發(fā)，改變堿土金屬M的種類和稀土激活劑

8、Eu的比例可調(diào)整發(fā)射峰的位置。然而氮（氧）化物熒光粉的合成需要氣氛條件下高溫高壓熱處理的苛刻條件，目前市面銷售不多，價格昂貴，這也極大地制約了該系列熒光粉的應(yīng)用。白光LED綠色熒光粉是三基色熒光粉的重要組成部分，其研制的一個重要市場動力是綠光LED芯片的發(fā)光效率較低，因而采用LED芯片與綠色熒光粉封裝得到綠光，其效率較綠色LED芯片的要高。以上紅、黃、綠三色熒光粉中，硅基氮（氧）化物的結(jié)構(gòu)多樣性決定其具有較多的發(fā)光顏色，近乎覆蓋全可見光區(qū)域，其研究關(guān)注度較高，國內(nèi)一些廠商在紅色、綠色、黃色氮（氧）化物熒光粉研制上有報道，但制備過程需要高溫、高壓的苛刻條件。目前此類基質(zhì)的熒光粉發(fā)光機理、量產(chǎn)制備

9、工藝及其量產(chǎn)需要的耐高溫、高壓的氣氛爐值得也亟需加快研究。四、我國熒光粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展中的問題熒光粉更廣泛的應(yīng)用領(lǐng)域是熒光燈、節(jié)能燈等照明產(chǎn)品，長期以來Osram、Philips、Nichia、GE、Toshiba、Optonix等幾家外國廠商寡占市場。熒光粉并非是非常難懂的技術(shù)，在LED領(lǐng)域，相比中上游的投入要小的多，做容易，但做好不容易，能夠上規(guī)模穩(wěn)定量產(chǎn)更不容易。目前國內(nèi)在白光LED用YAG:Ce熒光粉方面已有較大突破，此類產(chǎn)品質(zhì)量達到進口產(chǎn)品性能；硅酸鹽熒光粉在規(guī)避專利方面有一定優(yōu)勢，但其發(fā)光效率、穩(wěn)定性等方面有待進一步改善；硅基氮（氧）化物熒光粉還處于研發(fā)階段，產(chǎn)量不大。目前制約我國熒光粉

10、產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素如下：一是核心專利問題。在封裝應(yīng)用端，封裝廠商為了規(guī)避侵犯國際專利的風(fēng)險，大多不愿意使用沒有專利保護的熒光粉，這使得目前我國在熒光粉方面申請的專利數(shù)量近400篇，占全球LED用熒光粉專利總量的約40%。但分析眾多專利可看出端倪的是，由于熒光粉是化合物化學(xué)式的變化組合，通過一定程度地改變成分、生產(chǎn)工藝參數(shù)等方式很容易申請專利。而熒光粉的工藝專利通常不具任何意義，熒光粉成份專利才有意義。因為，其一工藝專利難以執(zhí)行。無法從外觀判斷出熒光粉是采用哪種工藝制造出來的，更不可能實地查看別的廠家的生產(chǎn)工藝，所以是否侵害專利工藝也就無從談起；其二熒光粉工藝技術(shù)方法類似。真正工藝專利，應(yīng)具有獨

11、特步驟并產(chǎn)生優(yōu)異效果，而當發(fā)現(xiàn)獨特工藝產(chǎn)生優(yōu)異效果，大概也不會將其公諸于世，這也與工藝專利很容易避開有關(guān)。簡而言之，成份一旦鎖定，不論采取何種工藝，都會侵犯專利。二是我國半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)中的熒光粉制備與封裝應(yīng)用端脫節(jié)嚴重，這也一定程度上制約了我國LED用熒光粉的研發(fā)進度。當前熒光粉的性能評價需要與封裝廠商合作完成，熒光粉廠商基本沒有自行配置封裝研究平臺。對熒光粉廠商來說，各個封裝廠商的LED封裝工藝、封裝指標又不盡相同。這其中的熒光粉如何應(yīng)用在LED封裝體中，熒光粉在LED封裝應(yīng)用中如何最大限度地發(fā)揮其功效等許多方面，需要熒光粉廠商與封裝廠商密切合作，深入研究才能較好地解決問題。唯有如此，才有利

12、于熒光粉產(chǎn)業(yè)發(fā)展，也更加促進提高需要使用熒光粉的LED封裝模塊的發(fā)光效率、穩(wěn)定性、壽命等性能指標。三是產(chǎn)業(yè)化問題。一方面，現(xiàn)階段LED用熒光粉生產(chǎn)大多需要在某種氣氛中高溫甚至高壓下熱處理，熱處理設(shè)備耐高溫性、氣密性、控溫性等方面要求很高，而熱處理后的熒光粉研磨設(shè)備盡量避開金屬材質(zhì)，要求也較高，這些都需要裝備制造業(yè)做支撐；另一方面，我國一些高校、科研院所在實驗室中少量生產(chǎn)的LED用熒光粉性能較佳，甚至可以超過國外的同類產(chǎn)品，但是放大量產(chǎn)的產(chǎn)品性能、穩(wěn)定性、一致性等方面有待進一步研究加以改善。五、總結(jié)半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)技術(shù)的發(fā)展需要熒光粉、膠材、基板等配套產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。目前我國與國外在半導(dǎo)體照明器件方面

13、的差距是全方位的，除了上游的外延片、芯片制造工藝、生產(chǎn)設(shè)備、裝備制造業(yè)以外，與半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)相配套的熒光粉產(chǎn)業(yè)也是其中之一。而現(xiàn)階段熒光粉性能對LED最終應(yīng)用產(chǎn)品的性能有著至關(guān)重要的影響，熒光粉在白光LED應(yīng)用中的重要性不言而喻。目前，我國一些科研院所、大學(xué)、材料生產(chǎn)企業(yè)加大了對LED用熒光粉的研發(fā)和生產(chǎn)力度，取得一些成績，但核心專利技術(shù)的缺乏，產(chǎn)品市場化運作模式的不足，使得與國際著名照明公司的熒光粉技術(shù)水平還有差距。產(chǎn)品技術(shù)發(fā)展方向上，硅基氮（氧）化物熒光粉有較多的優(yōu)異性能，各國尚都處于研發(fā)初期，我國熒光粉廠商應(yīng)與LED封裝應(yīng)用企業(yè)加強合作，加大此類熒光粉的研制和產(chǎn)業(yè)化生產(chǎn)的研究，以形成自主

14、知識產(chǎn)權(quán)，使我國將來在此類熒光粉產(chǎn)業(yè)方面有一席之地。-淺談LED所用熒光粉的大功率小功率熒光粉的誤讀自從YAG，氮化物，硅酸鹽熒光粉導(dǎo)入半導(dǎo)體封裝后，很多新生代的白光工程師對LED所用的熒光粉產(chǎn)生了誤讀，LED熒光粉在使用過程中并不存在有大功率小功率熒光粉之分。隨著封裝形式的不斷變化，封裝結(jié)構(gòu)的類型不一樣，我們更應(yīng)該對LED所用的熒光粉有一個全新的認識。目前市場上所銷售的LED熒光粉都是以D50的平均粒徑標示粒徑分布參數(shù)的。從4um,8um,10um,13um,15um,17um,20um,25um,30um不等，不同廠家的熒光粉結(jié)晶體的形狀不一樣，標示的D50參考值也不一樣，很難去判定哪一個

15、廠家的熒光粉在相同粒徑上光效的區(qū)分。在很多封裝企業(yè)沒有熒光粉檢測設(shè)備的同時，我們只有通過實驗去判定熒光粉在LED封裝過程的劑量，哪么要判定熒光粉結(jié)晶體激發(fā)光效高，用量少，最完美的結(jié)晶體形狀就是接近球狀。（如圖1） 隨著封裝形式的變化，白光工程師更應(yīng)該了解不同形式的封裝產(chǎn)品應(yīng)該采用多大粒徑的熒光粉來封裝，并不能簡單的區(qū)分大功率小功率之分的熒光粉。不同形式的封裝產(chǎn)品，承載熒光粉的載體大小不一樣，可以跟據(jù)載體的大小來定出采用多大粒徑的熒光粉。才能更有效的讓封裝的形式使用芯片與熒光粉之間的充分搭配和完美結(jié)合。提高良品率和生產(chǎn)出貨的一致性，降低生產(chǎn)成本，節(jié)約資源避免浪費。列舉封裝形式來說明：1.直插形式的封裝，一般為了提高良品率，提高光效可以采用8-13um顆粒的熒光粉來封裝。2.做SMD3528這種形式的封裝，可以采用8-17um顆粒的熒光粉來封裝，但是8um的熒光粉封裝出來的產(chǎn)品良品率高好控制，缺點是光效沒有13um,或者說17um顆粒大的熒光粉封裝出來的光效高。如何來取得雙贏呢？我們一般建議白光工程師采用13um顆粒的來做3528形式的封裝。這樣隨然沒有17um顆粒大的熒光粉封裝出來的光效高，但也不會輸給17um顆粒熒光粉所封裝出來的產(chǎn)品太多，從生產(chǎn)制造的角度去考慮13um顆粒的熒光粉好控制，良品率高過17um封裝出來的