LED荧光粉研究之讲解

Phosphor type materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color
TMG-300525 silicate 3.85g/cm3 D50(V)-10µm X=0.315/y=0.625 green
Emission peak Excitation range
materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color
materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color
Emission peak Excitation range
CCT
6000±1000k
5000±1000k
表4：Yellow LED Phosphor Datasheet (黄色荧光粉)
Phosphor type materials Material Density
TMY-400555-450475 YAG 5.00g/cm3
Phosphor type materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color Emission peak Excitation range CCT
CCT
5500±1000k
6000±1000k
表3：Yellow LED Phosphor Datasheet (黄色荧光粉)
Phosphor type materials Material Density
TMY-300562 silicate 3.85g/cm3
Phosphor type materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color Emission peak Excitation range CCT
520nm 450-470nm
Emission peak Excitation range
525nm 450-470nm
蓝色荧光粉
蓝色荧光粉主要用在紫外LED中，但紫外LED的技术相对不成熟，故相 关方面的工作不是很多。目前的产品主要还是一些传统的荧光粉，如： BaMgAl10O17 :Eu和Sr5(po4)Cl:Eu等，这两类荧光粉在365nm以下的紫外 波段的激发效率尚可，但当激发波长再延长时，其效率将大打折扣。 硅基氮氧化物也开发出一些蓝色荧光粉，代表性的如LaAlNO:Ce(简写： JEM:Ce),其在368nm下的外量子效率可达55%，且随着其中氧含量或铈 含量的提高，荧光粉的激发和发射光谱均出现红移。
表6:Green LED Phosphor Datasheet (绿色荧光粉)
Phosphor type materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color
TMG-300520 silicate 3.85g/cm3 D50(V)-10µm X=0.281/y=0.645 green
Y2O3, CeO2, Al2O3
1. CeF3 2.N2-H2 3. 1300-1600℃,2-4H 4. 粉饼检验，研磨，筛选 Y3Al5O12:Ce
荧光粉的颗粒度
粉体的颗粒大小直接影响到胶体的涂敷效果，颗粒偏大，亮度较高， 但涂敷的效果差，颗粒偏小，涂敷性能好，但是亮度偏低，因此一 种合适的中心粒径，颗粒分布好的粉，可以达到易配胶、易涂敷、 亮度高，光衰小的效果。从下图可以看出，一般厂家的荧光粉颗粒 中值粒径（D50)为5-15µm左右。
TMY-400570-450475 YAG 5.00g/cm3
Particle size CIE(1931) Emission color Emission peak Excitation range
D50(V)-10µm X=0.439/y=0.540 yellow 555nm 450-475nm
LED常用荧光粉分类讨论
黄色荧光粉：
在白光LED 的产生方式中，以“ 蓝光LED + 黄色荧光粉” 的技术最为 成熟，这也是目前商品化白光LED 产品的主要实现形式，其中所用的黄 色荧光粉多为业界所熟悉的铝酸盐YAG:Ce 和TAG:Ce。这两者比较起来， 前者的发光效率好，是公认的发光效率最高的半导体照明用荧光粉，利 用其与蓝光LED可以制得色温在4000k-8000k的高亮度白光LED;后者的应 用面较窄，高比例的Tb3+较适合在低于5000k的低色温白光LED.近年来开 发研究成功的LED黄色荧光粉还有硅酸盐如:（Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu。此外 还有硅基氮氧化物（ɑ-Sialon:Eu),它们除了可以被蓝光激发外，还可以 被紫外或者紫外LED有效激发；其中硅酸盐荧光粉开发相对成熟，硅基氮 氧化物荧光粉的制成困难，未见正式产品推出。几款LED用黄色荧光粉参 数见表2、3、4。
表5：Red LED Phosphor Datasheet (红色荧光粉）
Phosphor type
TMR-500630254530 oxynitride 4.6g/cm3 D50(V)-10µm X=0.630/y=0.369 red
Phosphor type
TMR-500650254530 oxynitride 4.6g/cm3 D50(V)-10µm X=0.660/y=0.338 red
TMY-200571-455475 YAG 4.35g/cm3
Particle size CIE(1931) Emission color Emission peak Excitation range
D50(V)-9µm X=0.434/y=0.529 yellow 562nm 450-470nm
D50(V)-9µm X=0.443/y=0.520 yellow 571nm 455-475nm
D50(V)-10µm X=0.478/y=0.510 yellow 570nm 450-475nm
CCT
6500±1000k
4000±1000k
红色荧光粉
红色荧光粉除了与蓝光LED及绿色荧光粉配合产生白光，或者与绿、蓝 色荧光粉及紫光或者紫外LED配合产生白光外，还常用于补偿YAG:Ce+ 蓝光LED中的红色缺乏，以提高显色指数或者降低色温。一直以来红色 荧光粉多局限于碱土金属硫化物系列，这类荧光粉的物理化学性质极 不稳定，热稳定性差，光衰大。近年来开发出的新型红色荧光粉有硅 酸盐，钨钼酸盐、铝酸盐及氮（氧）化物荧光体。其中硅酸盐，钨钼 酸盐、铝酸盐的稳定性满足了要求，但它们的有效激发不是太窄，对 芯片要求苛刻，发光效率偏低。硅基氮氧化物荧光粉（如： MxSiyNz:Eu<M=Ca,Sr,Ba;z=2/3x+4/3y>) 无论是稳定性还是发光效率 等方面，均能很好的满足LED的要求。由于氮化物的相对惰性，硅基氮 氧化物荧光粉的合成通常需要高温高压等苛刻条件，这极大制约了该 系列荧光粉的应用，造成此种荧光粉的价格昂贵。两款LED用红色荧光 粉参数见表5。
TMY-300565 silicate 3.95g/cm3
Particle size CIE(1931) Emission color Emission peak Excitation range
D50(V)-10µm X=0.445/y=0.545 yellow 562nm 450-470nm
D50(V)-10µm X=0.455/y=0.535 yellow 565nm 455-475nm
4. 硫化物荧光粉。（激发波段宽，红粉、绿粉较好，但是对湿度敏感， 制造过程中会产生污染，对人wk.baidu.com害 ，属于淘汰的产品）
目前常用的铝酸盐和硅酸盐荧光粉主要参数见表1 表1
名称 YAG TAG BOSE 组成分子式 Y3Al5O12:Ce,Ca,Cd Tb3Al5O12:Ce,Ca,Cd （Sr,Ba,Ca)2SiO4:Eu 发光颜色 黄—绿 黄 黄—绿 波长(nm) 585～520 560～536 585～520 粉体外观 黄—绿 黄 黄—绿 半径（µm) 5.0-15.0 5.0-15.0 5.0-15.0
表2：Yellow LED Phosphor Datasheet (黄色荧光粉)
Phosphor type materials Material Density
TMY-200562-450470 YAG 4.35g/cm3
Phosphor type materials Material Density Particle size CIE(1931) Emission color Emission peak Excitation range CCT
合成工艺
荧光粉的合成方法主要有以下几种：
• 高温固相法 • 共沉淀法 • 溶胶凝胶法 • 气相法
最常用的高温固相法合成工艺流程：
1. Flux的种类 原 料 选 择 2. 还原气氛种类 3. 烧结温度与时间 4. 后处理制程 荧 光 粉
（纯度、粒径、组成…）
以Y3Al5O12:Ce的高温固相合成为例:
630nm 254-530nm
Emission peak Excitation range
650nm 254-530nm
绿色荧光粉
绿色荧光粉既是组成白光LED三基色的一个重要组分，同时也可以直接与 LED封装制得绿光LED.目前制作高亮绿色LED的重要方式就是这种方式。目 前LED用绿色荧光粉主要有：MN2S2:Eu（M=Ba,Sr,Ca;N=Al,Ca,In)、 Ca8Mg(SiO4)4Cl:Eu,R、BaMgAl10O17:Eu,Mn等。其中MN2S2:Eu·的发光效率最 高，发光的波长也可以通过调整其中碱土金属离子比例在507-558nm之间变 化，但是含硫元素的缺点较大的限制了其发展。近来有文献报道硅基氮氧 化物的绿色荧光粉，如β—SiAlON：Eu、SrSi2O2N2：Eu等，它们同样可以 被紫外、紫光或蓝光LED有效激发，且无硫的污染，显示出极大的发展潜力。 两款LED用绿色荧光粉参数见表6。
荧光粉的分类
LED常用荧光粉按化学成分大体分以下几类：
1. 铝酸盐荧光粉；（优点：亮度高，发射峰宽，成本低，工艺成熟，应 用广泛，黄粉效果较好；缺点：抗湿性较差，激发波段窄，光谱中缺乏 红光的成分，显色指数不高） 2. 硅酸盐荧光粉；（良好的化学稳定性和热稳定性，灼烧温度比铝酸盐 体系低100度左右，理论上具有很好的发展研究趋势，但是目前工艺不成 熟，应用较少） 3. 氮化物荧光粉；（激发波段宽，温度稳定性好，非常稳定红粉、绿粉 较好；但是制造成本较高，发射峰较窄）
LED用荧光粉研究报告 用荧光粉研究报告
背景介绍
为了得到白光LED，在芯片上涂覆荧光粉的方法主要采用以下三 种。 1. 蓝色LED芯片+黄色荧光粉，芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补 形成白光。（该荧光体中Ce3+离子的发射光谱不具连续光谱特性，显色 性较差，难以满足低色温照明的要求，同时发光效率还不够高，需要通 过开发新型的高效荧光粉来改善 ） 2. 蓝色LED芯片+绿色或红色荧光粉,通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出 的绿光和红光复合得到白光。（显色性较好，但是，这种方法所用荧光 粉有效转换效率较低，尤其是红色荧光粉的效率需要较大幅度的提高。） 3. 紫光或紫外光LED芯片上+三基色或多种颜色的荧光粉，利用该芯片发 射的长波紫外光或紫光来激发荧光粉而实现白光发射。（该方法显色性 更好，但转化率低且目前转换效率较高的红色和绿色荧光粉多为硫化物 体系，这类荧光粉发光稳定性差、光衰较大）
温湿度对荧光粉的影响
荧光粉是在大于1000℃的高温条件下合成的，所以温度对荧光粉 的性质影响不大。湿度作为一项重要的考量因素，主要是针对铝酸盐 类的荧光粉。铝酸盐稀土荧光粉的最大缺点是抗湿性差,对水极不稳定, 在水溶液中极易水解，生成Al(OH)3。即使空气中的水分也能使其发光 亮度和余辉时间大大降低。这种对水的敏感性严重限制了此类荧光粉 体在各种水性体系和高要求的酸碱体系中的应用。大部分的硅酸盐是 不溶于水的，所以，硅酸盐的相对抗湿性比较好。总的来说，铝酸盐 体系发光材料抗湿性较差，需要在颗粒表面进行物理化学修饰，以提 高其稳定性，硅酸盐为基质的发光材料具有良好的化学稳定性和热稳 定性。