CN104716248A - 全新高性能的led高显yag成份绿粉 - Google Patents

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Abstract

本发明全新高性能的LED高显YAG成份绿粉的化学成分：石榴石型稀土化合物，(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12:Ce。化学稳定性：遇水稳定，常温下不分解、不变质，可耐受-50℃到300℃。安全性能：符合欧盟RoHS标准，不含任何放射性物质，无毒，不会对人体产生危害，不污染环境。

Description

全新高性能的LED高显YAG成份绿粉
 
本发明全新高性能的LED高显YAG成份绿粉属于化工领域。
目前市场上LED高显粉均有污染，为了更加环保，故采用新的配方。
发光二极管简称为LED。由镓（Ga）与砷（AS）、磷（P）的化合物制成的二极管，当电子与空穴复合时能辐射出可见光，因而可以用来制成发光二极管。在电路及仪器中作为指示灯，或者组成文字或数字显示。磷砷化镓二极管发红光，磷化镓二极管发绿光，碳化硅二极管发黄光。
发光二极管（英语：Light-Emitting Diode，简称LED） 是一种能发光的半导体电子元件。这种电子元件早在1962年出现，早期只能发出低光度的红光，之后发展出其他单色光的版本，时至今日能发出的光已遍及可见光、红外线及紫外线，光度也提高到相当的光度。而用途也由初时作为指示灯、显示板等；随着技术的不断进步，发光二极管已被广泛的应用于显示器、电视机采光装饰和照明。
LED只能往一个方向导通（通电），叫作正向偏置（正向偏压），当电流流过时，电子与空穴在其内复合而发出单色光，这叫电致发光效应，而光线的波长、颜色跟其所采用的半导体材料种类与掺入的元素杂质有关。具有效率高、寿命长、不易破损、开关速度高、高可靠性等传统光源不及的优点。白光LED的发光效率，在近几年来已经有明显的提升，同时，在每千流明的购入价格上，也因为投入市场的厂商相互竞争的影响，而明显下降。虽然越来越多人使用LED照明作办公室、家具、装饰、招牌甚至路灯用途，但在技术上，LED在光电转换效率(有效照度对用电量的比值)上仍然低于新型的荧光灯，是国家以后发展民用的去向！
发光二极管
它是半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能；常简写为LED。发光二极管与普通二极管一样是由一个PN结组成，也具有单向导电性。当给发光二极管加上正向电压后，从P区注入到N区的空穴和由N区注入到P区的电子，在PN结附近数微米内分别与N区的电子和P区的空穴复合，产生自发辐射的荧光。不同的半导体材料中电子和空穴所处的能量状态不同。当电子和空穴复合时释放出的能量多少不同，释放出的能量越多，则发出的光的波长越短。常用的是发红光、绿光或黄光的二极管。
发光二极管的反向击穿电压约5伏。它的正向伏安特性曲线很陡，使用时必须串联限流电阻以控制通过管子的电流。限流电阻R可用下式计算：
R=（E－UF）/IF
式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流.
R=（E－UF）/IF
式中E为电源电压，UF为LED的正向压降，IF为LED的一般工作电流  发光二极管
物理特性发光二极管的两根引线中较长的一根为正极，应接电源正极。有的发光二极管的两根引线一样长，但管壳上有一凸起的小舌，靠近小舌的引线是正极。  发光二极管
与小白炽灯泡和氖灯相比，发光二极管的特点是：工作电压很低（有的仅一点几伏）；工作电流很小（有的仅零点几毫安即可发光）；抗冲击和抗震性能好，可靠性高，寿命长；通过调制通过的电流强弱可以方便地调制发光的强弱。由于有这些特点，发光二极管在一些光电控制设备中用作光源，在许多电子设备中用作信号显示器。把它的管心做成条状，用7条条状的发光管组成7段式半导体数码管，每个数码管可显示0～9十个数目字。
发光原理50年前人们已经了解半导体材料可产生光线的基本知识，第一个商用二极管产生于1960年。LED是英文light emitting diode（发光二极管）的缩写，
  发光二极管
它的基本结构是一块电致发光的半导体材料，置于一个有引线的架子上，然后四周用环氧树脂密封，起到保护内部芯线的作用，所以LED的抗震性能好。
发光二极管的核心部分是由P型半导体和N型半导体组成的晶片，在P型半导体和N型半导体之间有一个过渡层，称为PN结。在某些半导体材料的PN结中，注入的少数载流子与多数载流子复合时会把多余的能量以光的形式释放出来，从而把电能直接转换为光能。PN结加反向电压，少数载流子难以注入，故不发光。这种利用注入式电致发光原理制作的二极管叫发光二极管，通称LED。 当它处于正向工作状态时（即两端加上正向电压），电流从LED阳极流向阴极时，半导体晶体就发出从紫外到红外不同颜色的光线，光的强弱与电流有关。
以下是传统发光二极管所使用的无机半导体物料和所它们发光的颜色
铝砷化镓(AlGaAs)-红色及红外线
铝磷化镓(AlGaP)-绿色
磷化铝铟镓(AlGaInP)-高亮度的橘红色，橙色，黄色，绿色
磷砷化镓(GaAsP)-红色，橘红色，黄色
磷化镓(GaP)-红色，黄色，绿色
氮化镓(GaN)-绿色，翠绿色，蓝色
铟氮化镓(InGaN)-近紫外线，蓝绿色，蓝色
碳化硅(SiC)(用作衬底)-蓝色
硅(Si)(用作衬底)-蓝色(开发中)
蓝宝石(Al2O3)(用作衬底)-蓝色
zincselenide(ZnSe)-蓝色
钻石(C)-紫外线
氮化铝(AlN),aluminiumgalliumnitride(AlGaN)-波长为远至近的紫外线
分类发光二极管还可分为普通单色发光二极管、高亮度发光二极管、超高亮度发光  发光二极管
二极管、变色发光二极管、闪烁发光二极管、电压控制型发光二极管、红外发光二极管和负阻发光二极管等。
普通单色发光二极管
普通单色发光二极管具有体积小、工作电压低、工作电流小、发光均匀稳定、响应速度快、寿命长等优点，可用各种直流、交流、脉冲等电源驱动点亮。它属于电流控制型半导体器件，使用时需串接合适的限流电阻。
普通单色发光二极管的发光颜色与发光的波长有关，而发光的波长又取决于制  发光二极管
造发光二极管所用的半导体材料。红色发光二极管的波长一般为650~700nm，琥珀色发光二极管的波长一般为630~650 nm ，橙色发光二极管的波长一般为610~630 nm左右，黄色发光二极管的波长一般为585 nm左右，绿色发光二极管的波长一般为555~570 nm。 常用的国产普通单色发光二极管有BT（厂标型号）系列、FG（部标型号）系列和2EF系列。
常用的进口普通单色发光二极管有SLR系列和SLC系列等。
高亮度单色发光二极管
高亮度单色发光二极管和超高亮度单色发光二极管使用的半导体材料与普通单色发光二极管不同，所以发光的强度也不同。
通常，高亮度单色发光二极管使用砷铝化镓（GaAlAs）等材料，超高亮度单色发光二极管使用磷铟砷化镓（GaAsInP）等材料，而普通单色发光二极管使用磷化镓（GaP）或磷砷化镓（GaAsP）等材料。
常用的高亮度红色发光二极管常用的超高亮度单色发光二极管。
变色发光二极管
变色发光二极管是能变换发光颜色的发光二极管。变色发光二极管发光颜色种类可分为双色发光二极管、三色发光二极管和多色（有红、蓝、绿、白四种颜色）发光二极管。
变色发光二极管按引脚数量可分为二端变色发光二极管、三端变色发光二极管、四端变色发光二极管和六端变色发光二极管。
常用的双色发光二极管有2EF系列和TB系列，常用的三色发光二极管有2EF302、2EF312、2EF322等型号。
闪烁发光二极管
闪烁发光二极管（BTS）是一种由CMOS集成电路和发光二极管组成的特殊发光器件，可用于报警指示及欠压、超压指示。
闪烁发光二极管在使用时，无须外接其它元件，只要在其引脚两端加上适当的直流工作电压（5V）即可闪烁发光。
电压控制型发光二极管
普通发光二极管属于电流控制型器件，在使用时需串接适当阻值的限流电阻。电压控制型发光二极管（BTV）是将发光二极管和限流电阻集成制作为一体，使用时可直接并接在电源两端。
红外发光二极管
红外发光二极管也称红外线发射二极管，它是可以将电能直接转换成红外光（不可见光）并能辐射出去的发光器件，主要应用于各种光控及遥控发射电路中。
红外发光二极管的结构、原理与普通发光二极管相近，只是使用的半导体材料不同。红外发光二极管通常使用砷化镓（GaAs）、砷铝化镓（GaAlAs）等材料，采用全透明或浅蓝色、黑色的树脂封装。
常用的红外发光二极管有SIR系列、SIM系列、PLT系列、GL系列、HIR系列和HG系列等。
 
氮化镓（ＧａＮ）基蓝色、绿色及紫外发光二极管（ＬＥＤ）的出现，为ＬＥＤ的应用开辟了巨大的新市场，其中之一就是半导体照明。半导体照明的核心在于白光ＬＥＤ。
众所周知，制作白光ＬＥＤ的方法有红、绿、蓝三基色ＬＥＤ合成、蓝光ＬＥＤ＋黄色荧光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色荧光粉以及多层有机电致发光（ＯＬＥＤ）等。基于技术和成本的优势，目前，蓝光ＬＥＤ芯片＋荧光粉成为白光ＬＥＤ技术的主流 。
长期以来，通过荧光粉转换的白光ＬＥＤ技术，大多采用Ｃｅ３＋激活的稀土石榴石（ＹＡＧ：Ｃｅ３＋）黄色荧光粉，由于该荧光粉的发射光谱中缺少红光成分，难以同时实现低色温和高显色性。但人们在日常生活中已经习惯了低色温（３０００Ｋ左右）的照明光源，而且高显色性光源在博物馆、外科手术等特殊照明场所有其潜在的应用前景。因此无论从学术意义，还是应用角度，发展低色温高显色性白光ＬＥＤ都具有十分重要的意义。
笔者在实验中采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片作为激发光源，分别用荧光粉转换法和红光ＬＥＤ补偿法制备了低色温及高显色性白光ＬＥＤ，并对器件的发光特性进行了研究。
2 实验内容
采用同一批大功率蓝光ＬＥＤ芯片进行了如下实验：
（１）采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片同时激发黄色荧光粉和红色荧光粉，通过调整荧光粉中红粉的比例，得到了不同色温和显色指数的白光ＬＥＤ。研究了器件的发光特性随工作电流及红色荧光粉含量的变化。 （２）用大功率蓝光ＬＥＤ激发ＹＡＧ：Ｃｅ３＋黄色荧光粉，同时用红光ＬＥＤ进行补偿，通过调整ＬＥＤ芯片发射的蓝光、红光及荧光粉的发光强度，制备出低色温和高显色性白光ＬＥＤ。 需要说明的是，在这部分实验中采用的是市场上一般水平的大功率蓝光ＬＥＤ芯片，如果采用较高水平的ＬＥＤ芯片，实验效果会更好。
３ 结果与讨论
文集１给出了采用蓝光ＬＥＤ芯片同时激发黄色和红色荧光粉得到的白光ＬＥＤ的光谱分布。该白光ＬＥＤ以红色荧光粉的发射光谱为主，光谱峰值波长位于６１０ｎｍ，色坐标ｘ＝０．４０９３，ｙ＝０．３６７８。其色温和显色指数分别为３２００Ｋ和８３．２。但由于目前红色荧光粉的转换效率较低，在同样的工作电流下，器件的光通量和发光效率只有１４．１ｌｍ和１２．７２ｌｍ/Ｗ。 通过调整两种荧光粉的比例，可以得到不同色温的白光ＬＥＤ。文集２和文集３分别给出了大功率白光ＬＥＤ的相对光谱、光通量（Φ）和显色指数（Ｒａ）随红色荧光粉百分含量（Ｃ）的变化。随着荧光粉中红粉含量的增加，更多的红色荧光粉吸收ＬＥＤ芯片产生的蓝光后发生辐射跃迁并发出红光，导致了相对光谱的红移，同时器件的色温逐渐降低，而显色指数逐渐升高。但是，由于所用红色荧光粉的量子效率较低，要产生较多的红光就必须吸收更多的蓝光，这导致了器件光谱中的蓝光和黄光成分减少，器件整体光输出减少。
采用ＧａＮ基倒装焊大功率蓝光ＬＥＤ芯片激发黄色荧光粉，同时采用ＡｌＧａＩｎＰ高亮度小功率红光ＬＥＤ进行补偿也可制备白光ＬＥＤ。文集４给出了采用这种方法制备大功率白光ＬＥＤ器件的结构示意文集。为了使器件结构更为紧凑，可以将小功率红光ＬＥＤ芯片粘结在大功率ＬＥＤ芯片的Ｓｕｂｍｏｕｎｔ上，根据器件的实际情况，两者可以共用Ｐ电极或Ｎ电极。实验中共用了１支大功率蓝光ＬＥＤ芯片和５支小功率红光ＬＥＤ芯片，在大功率蓝光ＬＥＤ芯片上涂敷荧光粉时，应尽量避免将荧光粉覆盖到红光ＬＥＤ芯片上，避免由于荧光粉的散射和吸收降低红光ＬＥＤ的光输出。
文集５为采用红光ＬＥＤ补偿法得到的白光ＬＥＤ的发射光谱。实验中大功率蓝光ＬＥＤ采用３５０ｍＡ直流驱动，消耗的电功率为１．１５Ｗ，５支红光ＬＥＤ的工作电流均为２０ｍＡ，消耗的电功率之和为０．２２Ｗ。其色温和显色指数分别为３４５０Ｋ和９３．９，色坐标ｘ＝０．３６３０，ｙ＝０．３７２１。器件的光通量和发光效率分别为２６．６ｌｍ和１９．４２ｌｍ/Ｗ，远远高于采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色两种荧光粉得到的器件水平。随着发光二极管（LED）芯片和封装技术的提升，白光LED作为普通照明光源逐步受到人们的青睐。它具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命等一系列优点，已广泛应用于LED路灯、LED灯具等领域，是一种符合国家“节能减排”政策的绿色新光源，有望取代目前在照明领域占统治地位的荧光灯和白炽灯。荧光灯在发光过程中需利用汞蒸气作为放电介质，对人体产生危害。2006年开始已在欧盟地区禁售。白炽灯由于电光转换效率低，2009年9月，欧盟率先出台白炽灯禁售的政策，各国也纷纷发布禁售的进程，使得白光LED向普通照明尤其是室内照明又向前推进了一大步。 然而，白光LED的显色性是制约其进入室内照明，特别是阅读照明、医疗照明的技术瓶颈。长期以来，人们采用InGaN基蓝光LED芯片和Ce3+激活的稀土石榴石（YAG:Ce3+）黄色荧光粉组合来制备冷白光LED（Tc>5000 K）,可实现显色指数高于80，但制备暖白光LED（Tc<5000 K）时，由于白光LED光谱的不均衡使得人们在技术上难以同时实现低色温和高显色性。 本文通过探讨制备低色温、高显色性大功率白光LED方法，分析其优缺点，并从中总结实现低色温、高显色大功率白光LED的最佳方案。 2 制备低色温高显色性白光LED的方法 2.1 RGB三基色芯片混合成白光 将红、绿、蓝三色LED功率型芯片集成封装在单个器件之内，调节三基色的配比，理论上可以获得各种颜色的光。通过调整三色LED芯片的工作电流可产生宽谱带白光。 吴海彬等人自行设计的集成功率型1 W白光LED色温可以覆盖2700～13000 K，显色指数均可做到80以上。Yoshi Ohno等人[ 6]通过模拟仿真三基色芯片和四基色芯片LED模型获得了色温Tc为3000-4000 K，显色指数Ra分别为80-89和90以上的白光。也就是说通过多芯片集成的方法能获得低色温高显色性的白光LED。这种方法的缺点是它的封装结构比较复杂，电路实现上较困难，白光稳定性较差，成本比较高。由于红、绿、蓝三种颜色LED芯片的量子效率不同，红、绿、蓝三种颜色LED芯片它们各自随温度和驱动电流变化不一样，且随时间的衰减也不同，所以输出白光的色度不稳定。为了保持稳定，需要对三种颜色分别加反馈电路进行补偿，所以封装结构设计电路比较复杂。这种方法的优点是效率高和使用灵活，由于发光全部来自红、绿、蓝三种LED，不需要进行光谱转换，因此，其能量损失最小，效率最高。同时由于RGB三色LED可以单独发光，其发光强度可以单独调节，故具有相对较高的灵活性。 选择RGB三基色合成白光技术实现功率型白光LED，主要应用于显示行业，如动态广告牌、商业等大型和超大型全色显示屏的信息显示。2009年5月份欧司朗光电半导体公司新开发出体积最小的RGB Multi-Chip LED，特别适合应用于大尺寸高分辨率的全彩屏幕，确保画面近距离观看依然清晰。 2.2 近紫外LED芯片激发荧光粉 采用高亮度的近紫外LED（～400 nm）激发RGB三基色荧光粉，产生红、绿、蓝三基色，通过调整三色荧光粉的配比可以形成白光。 Katsuya Kobashi等人采用405 nm近紫外LED芯片激发混合的三基色（红色、绿色和蓝色）荧光粉，获得了白光LED 的Tc和Ra分别为3900K和96。 采用类似方法Takeshi FUKUI等人[9] 的研究表明近紫外LED激发分层的三基色荧光粉(ML-R/G/B)产生的白光LED效果比激发混合的三基色荧光粉所产生的白光要好。实验测得近紫外LED激发分层的三基色荧光粉(R/G/B)获得的白光的Tc和Ra分别为2613 K和94，光通量为8.22 lm，而激发混合的三基色荧光粉获得的白光的Tc和Ra分别为4375 K和83，光通量为7.82 lm。这是因为在混合RGB荧光粉的LED中，红色荧光粉会吸收周围附近蓝、绿色荧光粉被紫外激发的蓝、绿光，而在分层的R/G/B荧光粉的LED中，由于红色荧光粉是在最底层，不会吸收上层的蓝、绿荧光粉被紫外激发的蓝、绿光。除了用近紫外LED激发三基色荧光粉外，Jong Su Kim等人采用375nm近紫外LED芯片激发Sr3MgSi2O8:Eu2+（蓝和黄）或Sr3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+（蓝、黄和红）单一白光荧光粉，获得了白光LED在Tc=5892 K下的Ra=82和在Tc=4494 K下的Ra=92。 这种方法的优点是：（1）在低色温情况下，显色指数高；（2）光色与色温可调。其缺点是：（1）高发光效率的功率型近紫外LED芯片不容易制作，价格昂贵；（2）封装材料（如硅胶等）在紫外光的照射下容易老化，寿命缩短；（3）近紫外激发的RGB荧光粉光转换效率不高；（4）存在紫外线泄漏的安全隐患。 2.3 蓝光LED芯片激发荧光粉 2.3.1蓝光LED激发单色荧光粉 目前，白光LED主流的制备方法是蓝光LED芯片激发YAG:Ce3+黄色荧光粉。郑代顺等人采用蓝光LED分别激发两种单色黄色荧光粉YAG:Ce3+得到的白光LED 的Tc和Ra分别为5000 K、4000 K和64.6、69.3，但其器件的光通量Φ和发光效率η达到了27.7 lm、25.5 lm和23.98 lm/W、22.91 lm/W。该方法的优点是可获得光通量和发光效率较高的白光。此方法缺点是难以得到低色温高显色性的白光，由于光谱中缺少红光成分，所以色温高而显色性差。目前，蓝光LED芯片和YAG：Ce3+黄色荧光粉混合方案难以实现在4000 K以下的低色温且Ra>80高显色性的白光LED。 2.3.2蓝光LED激发双色荧光粉 郑代顺等人采用蓝光LED芯片激发黄色和红色荧光粉得到的白光LED的Tc和Ra分别为3200 K和83.2，但由于目前红色荧光粉的转换效率较低，在同样的工作电流下，器件的Φ和η只有14.1 lm和12.72 lm/W。吴海彬等人采用红、绿两种荧光粉通过蓝光LED激发制成1 W白光LED，通过合理匹配红、绿荧光粉和硅胶三者之间的比例，可以实现在2700～13000 K之间的任一色温区，显色指数均能达到90以上，以4000 K以下的低色温区，显色指数可以达到96。但是在4000 K以下的低色温其发光效率较低且<20 lm/w，这是因为红、绿荧光粉转换效率较低的问题。Rong-Jun Xie等人采用蓝光LED芯片激发Ca0.995Yb0.005Si9Al3ON15和Sr2Si5N8:Eu2+两种氮氧化物/氮化物荧光粉获得了色温可调（2700～6700 K）显色指数较高（82-83）的白光。同样该方法的缺点是粉体的转换效率不高，发光效率有待提高。 2.3.3蓝光LED激发三色荧光粉 Naoki Kimura等人采用蓝光LED芯片激发β-SiAlON:Eu绿色荧光粉、Ca-α-SiAlON:Eu黄色荧光粉和CaAlSiN3:Eu红色荧光粉，获得了色温从冷白到暖白可调，显色指数为80的白光。该方法的优点是可以通过调三种荧光粉的比例来获得一定范围的可调色温。其缺点是荧光粉的转换效率不高，粉体不易混合等。 2.3.4蓝光LED激发四色荧光粉 Naoki Kimura等人通过蓝光LED激发四种混合的氮氧化物/氮化物荧光粉（β-SiAlON:Eu绿色荧光粉，Ca-α-SiAlON:Eu黄色荧光粉，CaAlSiN3:Eu红色荧光粉和BaSi2O2N2:Eu碧蓝荧光粉）制备出在宽范围波动的色温下(2900～7000 K)高的显色指数(95以上)的白光LED。特别是获得了色温Tc为2900 K和显色指数Ra为98白光LED，而且光效也较高，达28lm/w。这是通过调节四种荧光粉比例来获得不同色温下不同显色指数的白光LED。 采用蓝光LED激发四种混合的氮氧化物/氮化物荧光粉，其优点是可以在低色温的情况下获得较高显色指数的白光LED，且色温可调，其缺点是该方法所采用的荧光粉制备技术不成熟，且多种粉体混合较为困难。 2.3.5 红光LED补偿法 郑代顺等人用GaN基倒装焊大功率蓝光LED激发黄色荧光粉，同时采用AlGaInP高亮度小功率红光LED芯片进行补偿来制备大功率白光LED，得到的白光的Tc和Ra分别为3450K和93.9，器件的Φ和η为26.6lm和19.42lm/W，远远高于前面提到的采用蓝光LED同时激发黄色和红色2种荧光粉得到的器件水平，这是因为避开了低效率红色荧光粉的使用。此方法的缺点在于必需对蓝光和红光芯片的工作电流分别加以控制，以调整蓝、黄和红三色光的比例从而得到高Ra白光，导致驱动电路相对复杂。此外，由于蓝光芯片、荧光粉和红光芯片构成的是相对独立的发光体，就单个器件存在空间颜色不均匀，但是可以通过适当的阵列排布方式解决这一问题。目前，红光LED芯片补偿法在LED器件封装中较少使用，在高档室内灯具如筒灯设计中往往采用红光LED（指单灯）补偿法制造低色温高显色性的节能灯具。采用红光LED补偿法得到的筒灯，加了红光LED后，显色性提高，且色温值也较低。
产品性能指标 产品型号 相对亮度 比重 (g/cm3） 中心粒度（D50） 色坐标 发光主峰(nm) 适用芯片波长（nm） MLY-01 105% 4.3 8.6±0.3 x=0.402±0.003 y=0.571±0.003 540±5 450-455 MLY-02 105% 4.3 8.6±0.3 x=0.413±0.003 y=0.564±0.003 545±5 455-460 MLY-02D 115% 4.5 15±2 x=0.420±0.003 y=0.558±0.003 545±5 455-460 MLY-03 110% 4.4 8.6±0.3 x=0.432±0.003 y=0.550±0.003 550±5 460-465 MLY-04 85% 4.4 8.6±0.3 x=0.478±0.003 y=0.512±0.003 560±5 465-470
产品形貌：橙色结晶粉末。
 
u化学成分：硅酸盐。
 
u化学稳定性：可耐受-50℃到300℃。
与黄色荧光粉搭配使用，改善白光LED的显色性，可封装Ra>80的高显色性白光LED。
 
u与黄色荧光粉搭配使用，调节白光LED的色温，可封装CCT在3000～4000的低色温白光LED。
 
u单独和蓝光芯片或紫外芯片搭配，封装橙色LED。
 
使用方法 
称取一定比例的荧光粉和硅胶，将两者均匀混和，经过脱泡处理后封装成LED进行测试。调整粉胶比例后进行封装测试直到达到满意的效果。（亦可与其他荧光粉按混合使用）
 1、产品形貌：黄色粉末状物质。 
2、化学成分：石榴石型稀土化合物，(Y1-xGdx)3(Al1-yGay)5O12:Ce。 
3、化学稳定性：遇水稳定，常温下不分解、不变质，可耐受-50℃到300℃。
 4、安全性能：符合欧盟RoHS标准，不含任何放射性物质，无毒，不会对人体产生危害，不污染环境。

Claims (7)

1.全新高性能的LED高显YAG成份绿粉氮化镓（ＧａＮ）基蓝色、绿色及紫外发光二极管（ＬＥＤ）的出现，为ＬＥＤ的应用开辟了巨大的新市场，其中之一就是半导体照明；半导体照明的核心在于白光ＬＥＤ；
制作白光ＬＥＤ的方法有红、绿、蓝三基色ＬＥＤ合成、蓝光ＬＥＤ＋黄色荧光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色荧光粉以及多层有机电致发光（ＯＬＥＤ）等；基于技术和成本的优势，目前，蓝光ＬＥＤ芯片＋荧光粉成为白光ＬＥＤ技术的主流 ；
通过荧光粉转换的白光ＬＥＤ技术，大多采用Ｃｅ３＋激活的稀土石榴石（ＹＡＧ：Ｃｅ３＋）黄色荧光粉，由于该荧光粉的发射光谱中缺少红光成分，难以同时实现低色温和高显色性；但人们在日常生活中已经习惯了低色温（３０００Ｋ左右）的照明光源，而且高显色性光源在博物馆、外科手术等特殊照明场所有其潜在的应用前景； 
笔者在实验中采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片作为激发光源，分别用荧光粉转换法和红光ＬＥＤ补偿法制备了低色温及高显色性白光ＬＥＤ，并对器件的发光特性进行了研究；
高性能的LED高显YAG成份绿粉（１）采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片同时激发黄色荧光粉和红色荧光粉，通过调整荧光粉中红粉的比例，得到了不同色温和显色指数的白光ＬＥＤ；研究了器件的发光特性随工作电流及红色荧光粉含量的变化；（２）用大功率蓝光ＬＥＤ激发ＹＡＧ：Ｃｅ３＋黄色荧光粉，同时用红光ＬＥＤ进行补偿，通过调整ＬＥＤ芯片发射的蓝光、红光及荧光粉的发光强度，制备出低色温和高显色性白光ＬＥＤ； 需要说明的是，在这部分实验中采用的是市场上一般水平的大功率蓝光ＬＥＤ芯片，如果采用较高水平的ＬＥＤ芯片，实验效果会更好；
全新高性能的LED高显YAG成份绿粉给出了采用蓝光ＬＥＤ芯片同时激发黄色和红色荧光粉得到的白光ＬＥＤ的光谱分布；该白光ＬＥＤ以红色荧光粉的发射光谱为主，光谱峰值波长位于６１０ｎｍ，色坐标ｘ＝０．４０９３，ｙ＝０．３６７８；
其色温和显色指数分别为３２００Ｋ和８３．２；但由于目前红色荧光粉的转换效率较低，在同样的工作电流下，器件的光通量和发光效率只有１４．１ｌｍ和１２．７２ｌｍ/Ｗ； 通过调整两种荧光粉的比例，可以得到不同色温的白光ＬＥＤ；文集２和文集３分别给出了大功率白光ＬＥＤ的相对光谱、光通量（Φ）和显色指数（Ｒａ）随红色荧光粉百分含量（Ｃ）的变化；
随着荧光粉中红粉含量的增加，更多的红色荧光粉吸收ＬＥＤ芯片产生的蓝光后发生辐射跃迁并发出红光，导致了相对光谱的红移，同时器件的色温逐渐降低，而显色指数逐渐升高；但是，由于所用红色荧光粉的量子效率较低，要产生较多的红光就必须吸收更多的蓝光，这导致了器件光谱中的蓝光和黄光成分减少，器件整体光输出减少；
采用ＧａＮ基倒装焊大功率高性能的LED高显YAG成份绿粉，同时采用ＡｌＧａＩｎＰ高亮度小功率红光ＬＥＤ进行补偿也可制备白光ＬＥＤ；文集４给出了采用这种方法制备大功率白光ＬＥＤ器件的结构示意文集；为了使器件结构更为紧凑，可以将小功率红光ＬＥＤ芯片粘结在大功率ＬＥＤ芯片的Ｓｕｂｍｏｕｎｔ上，根据器件的实际情况，两者可以共用Ｐ电极或Ｎ电极；实验中共用了１支大功率蓝光ＬＥＤ芯片和５支小功率红光ＬＥＤ芯片，在大功率蓝光ＬＥＤ芯片上涂敷荧光粉时，应尽量避免将荧光粉覆盖到红光ＬＥＤ芯片上，避免由于荧光粉的散射和吸收降低红光ＬＥＤ的光输出；
为采用红光ＬＥＤ补偿法得到的白光ＬＥＤ的发射光谱；实验中大功率蓝光ＬＥＤ采用３５０ｍＡ直流驱动，消耗的电功率为１．１５Ｗ，５支红光ＬＥＤ的工作电流均为２０ｍＡ，消耗的电功率之和为０．２２Ｗ；
其色温和显色指数分别为３４５０Ｋ和９３．９，色坐标ｘ＝０．３６３０，ｙ＝０．３７２１；器件的光通量和发光效率分别为２６．６ｌｍ和１９．４２ｌｍ/Ｗ，远远高于采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色两种荧光粉得到的器件水平；随着发光二极管（LED）芯片和封装技术的提升，白光LED作为普通照明光源逐步受到人们的青睐；
它具有低压、低功耗、高可靠性、长寿命等一系列优点，已广泛应用于LED路灯、LED灯具等领域，是一种符合国家“节能减排”政策的绿色新光源，有望取代目前在照明领域占统治地位的荧光灯和白炽灯；荧光灯在发光过程中需利用汞蒸气作为放电介质，对人体产生危害；2006年开始已在欧盟地区禁售；白炽灯由于电光转换效率低，
制备低色温高显色性白光LED的方法 2.1 RGB三基色芯片混合成白光 将红、绿、蓝三色LED功率型芯片集成封装在单个器件之内，调节三基色的配比，理论上可以获得各种颜色的光；通过调整三色LED芯片的工作电流可产生宽谱带白光； 吴海彬等人自行设计的集成功率型1 W白光LED色温可以覆盖2700～13000 K，显色指数均可做到80以上；Yoshi Ohno等人[ 6]通过模拟仿真三基色芯片和四基色芯片LED模型获得了色温Tc为3000-4000 K，显色指数Ra分别为80-89和90以上的白光；也就是说通过多芯片集成的方法能获得低色温高显色性的白光LED；
这种方法的缺点是它的封装结构比较复杂，电路实现上较困难，白光稳定性较差，成本比较高；由于红、绿、蓝三种颜色LED芯片的量子效率不同，红、绿、蓝三种颜色LED芯片它们各自随温度和驱动电流变化不一样，且随时间的衰减也不同，所以输出白光的色度不稳定；为了保持稳定，需要对三种颜色分别加反馈电路进行补偿，所以封装结构设计电路比较复杂；这种方法的优点是效率高和使用灵活，由于发光全部来自红、绿、蓝三种LED，不需要进行光谱转换，因此，其能量损失最小，效率最高；同时由于RGB三色LED可以单独发光，其发光强度可以单独调节，故具有相对较高的灵活性； 选择RGB三基色合成白光技术实现功率型白光LED，主要应用于显示行业，如动态广告牌、商业等大型和超大型全色显示屏的信息显示；2009年5月份欧司朗光电半导体公司新开发出体积最小的RGB Multi-Chip LED，特别适合应用于大尺寸高分辨率的全彩屏幕，确保画面近距离观看依然清晰。
2.全新高性能的LED高显YAG成份绿粉采用高亮度的近紫外LED（～400 nm）激发RGB三基色荧光粉，产生红、绿、蓝三基色，通过调整三色荧光粉的配比可以形成白光； Katsuya Kobashi等人采用405 nm近紫外LED芯片激发混合的三基色（红色、绿色和蓝色）荧光粉，获得了白光LED 的Tc和Ra分别为3900K和96； 采用类似方法Takeshi FUKUI等人[9] 的研究表明近紫外LED激发分层的三基色荧光粉(ML-R/G/B)产生的白光LED效果比激发混合的三基色荧光粉所产生的白光要好，
实验测得近紫外LED激发分层的三基色荧光粉(R/G/B)获得的白光的Tc和Ra分别为2613 K和94，光通量为8.22 lm，而激发混合的三基色荧光粉获得的白光的Tc和Ra分别为4375 K和83，光通量为7.82 lm；这是因为在混合RGB荧光粉的LED中，红色荧光粉会吸收周围附近蓝、绿色荧光粉被紫外激发的蓝、绿光，而在分层的R/G/B荧光粉的LED中，由于红色荧光粉是在最底层，不会吸收上层的蓝、绿荧光粉被紫外激发的蓝、绿光；除了用近紫外LED激发三基色荧光粉外，Jong Su Kim等人采用375nm近紫外LED芯片激发Sr3MgSi2O8:Eu2+（蓝和黄）或Sr3MgSi2O8:Eu2+,Mn2+（蓝、黄和红）单一白光荧光粉，获得了白光LED在Tc=5892 K下的Ra=82和在Tc=4494 K下的Ra=92。
3.这种方法的优点是：（1）在低色温情况下，显色指数高；（2）光色与色温可调；其缺点是：（1）高发光效率的功率型近紫外LED芯片不容易制作，价格昂贵；（2）封装材料（如硅胶等）在紫外光的照射下容易老化，寿命缩短；（3）近紫外激发的RGB荧光粉光转换效率不高；（4）存在紫外线泄漏的安全隐患； 2.3 蓝光LED芯片激发荧光粉 2.3.1蓝光LED激发单色荧光粉 目前，白光LED主流的制备方法是蓝光LED芯片激发YAG:Ce3+黄色荧光粉；郑代顺等人采用蓝光LED分别激发两种单色黄色荧光粉YAG:Ce3+得到的白光LED 的Tc和Ra分别为5000 K、4000 K和64.6、69.3，但其器件的光通量Φ和发光效率η达到了27.7 lm、25.5 lm和23.98 lm/W、22.91 lm/W。
4.该方法的优点是可获得光通量和发光效率较高的白光；此方法缺点是难以得到低色温高显色性的白光，由于光谱中缺少红光成分，所以色温高而显色性差；目前，蓝光LED芯片和YAG：Ce3+黄色荧光粉混合方案难以实现在4000 K以下的低色温且Ra>80高显色性的白光LED；蓝光LED激发双色荧光粉。
5.采用全新高性能的LED高显YAG成份绿粉激发黄色和红色荧光粉得到的白光LED的Tc和Ra分别为3200 K和83.2，但由于目前红色荧光粉的转换效率较低，在同样的工作电流下，器件的Φ和η只有14.1 lm和12.72 lm/W；
绿两种荧光粉通过蓝光LED激发制成1 W白光LED，通过合理匹配红、绿荧光粉和硅胶三者之间的比例，可以实现在2700～13000 K之间的任一色温区，显色指数均能达到90以上，以4000 K以下的低色温区，显色指数可以达到96；但是在4000 K以下的低色温其发光效率较低且<20 lm/w，这是因为红、绿荧光粉转换效率较低的问题；Rong-Jun Xie等人采用蓝光LED芯片激发Ca0.995Yb0.005Si9Al3ON15和Sr2Si5N8:Eu2+两种氮氧化物/氮化物荧光粉获得了色温可调（2700～6700 K）显色指数较高（82-83）的白光；同样该方法的缺点是粉体的转换效率不高，发光效率有待提高。
6.蓝光LED激发三色荧光粉 Naoki Kimura等人采用蓝光LED芯片激发β-SiAlON:Eu绿色荧光粉、Ca-α-SiAlON:Eu黄色荧光粉和CaAlSiN3:Eu红色荧光粉，获得了色温从冷白到暖白可调，显色指数为80的白光；该方法的优点是可以通过调三种荧光粉的比例来获得一定范围的可调色温；其缺点是荧光粉的转换效率不高，粉体不易混合等。
7.全新高性能的LED高显YAG成份绿粉激发四种混合的氮氧化物/氮化物荧光粉（β-SiAlON:Eu绿色荧光粉，Ca-α-SiAlON:Eu黄色荧光粉，CaAlSiN3:Eu红色荧光粉和BaSi2O2N2:Eu碧蓝荧光粉）制备出在宽范围波动的色温下(2900～7000 K)高的显色指数(95以上)的白光LED；特别是获得了色温Tc为2900 K和显色指数Ra为98白光LED，而且光效也较高，达28lm/w；这是通过调节四种荧光粉比例来获得不同色温下不同显色指数的白光LED； 
全新高性能的LED高显YAG成份绿粉混合的氮氧化物/氮化物荧光粉，其优点是可以在低色温的情况下获得较高显色指数的白光LED，且色温可调，其缺点是该方法所采用的荧光粉制备技术不成熟，且多种粉体混合较为困难；
高性能的LED高显YAG成份绿粉用GaN基倒装焊大功率蓝光LED激发黄色荧光粉，同时采用AlGaInP高亮度小功率红光LED芯片进行补偿来制备大功率白光LED，得到的白光的Tc和Ra分别为3450K和93.9，器件的Φ和η为26.6lm和19.42lm/W，远远高于前面提到的采用蓝光LED同时激发黄色和红色2种荧光粉得到的器件水平，这是因为避开了低效率红色荧光粉的使用；此方法的缺点在于必需对蓝光和红光芯片的工作电流分别加以控制，以调整蓝、黄和红三色光的比例从而得到高Ra白光，导致驱动电路相对复杂；此外，由于蓝光芯片、荧光粉和红光芯片构成的是相对独立的发光体，就单个器件存在空间颜色不均匀，但是可以通过适当的阵列排布方式解决这一问题；目前，红光LED芯片补偿法在LED器件封装中较少使用，在高档室内灯具如筒灯设计中往往采用红光LED（指单灯）补偿法制造低色温高显色性的节能灯具；采用红光LED补偿法得到的筒灯，其相关色温和显色指数值所示，从表中可以看出,加了红光LED后，显色性提高，且色温值也较低；
产品形貌：橙色结晶粉末； 
化学成分：硅酸盐； 
化学稳定性：可耐受-50℃到300℃；
与黄色荧光粉搭配使用，改善白光LED的显色性，可封装Ra>80的高显色性白光LED； 
与黄色荧光粉搭配使用，调节白光LED的色温，可封装CCT在3000～4000的低色温白光LED； 
单独和蓝光芯片或紫外芯片搭配，封装橙色LED； 
使用方法 
称取一定比例的荧光粉和硅胶，将两者均匀混和，经过脱泡处理后封装成LED进行测试；调整粉胶比例后进行封装测试直到达到满意的效果；（亦可与其他荧光粉按混合使用）。
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