LED荧光粉知识大全

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  LED荧光粉*概述

  所谓LED灯荧光粉是指那些可以吸收能量(这些所吸收的能量包括电磁波(含可见光、X射线、紫外线)、电子束或离子束、热、化学反应等),再经由能量转换后放出可见光的物质,也称之为荧光体或夜光粉。具体说:当某种物质受到诸如光的照射、外加电场或电子束轰击等激发后,只要该物质不会因此而发生化学变化,它总要回复到原来的平衡状态。在这个过程中,一部分多余的能量会通过光或热的形式释放出来。如果这部分能量是以可见光或近可见光的电磁波形式发射出来的,就称这种现象为发光,这种物质就称为荧光体或夜光粉。

  LED荧光粉在实现白光发射领域应用*广泛。LED实现白光有多种方式,而开发较早、已实现产业化的方式是在LED芯片上涂敷荧光粉而实现白光发射。采用荧光粉以后,有些LED的光色会变得更加柔和或鲜艳,以适应不同的应用需要,在彩色LED 中也能得到一定的应用。

  LED荧光粉*种类

  1.YAG铝酸盐荧光粉

  优点:亮度高,发射峰宽,成本低,应用广泛,黄粉效果较好

  缺点:激发波段窄,光谱中缺乏红光的成分,显色指数不高,很难超过85

  2.硅酸盐荧光粉

  优点:激发波段宽,绿粉和橙粉较好

  缺点:发射峰窄,对湿度较敏感,缺乏好的红粉,不太耐高温,不适合做大功率LED,适合用在小功率LED

  3.氮化物荧光粉

  优点:激发波段宽,温度稳定性好,非常稳定红粉、绿粉较好

  缺点:制造成本较高,发射峰较窄

  4.硫化物荧光粉

  优点:激发波段宽红粉、绿粉较好

  缺点:湿度敏感,制造过程中会产生污染,对人有害,有很强的臭味,会腐蚀支架 (属于淘汰的产品但市场有卖假粉的人为了赚取更多的利润,有可以用这种成份的荧光粉来充当好荧光粉)

  LED荧光粉*激发和发光过程

  目前发光材料的荧光粉发光机理基本是用能带理论进行解释的。不论采用那一种形式的发光,都包含-激发-能量传递-发光-三个过程

  激发过程:

  发光体中可激系统(发光中心、基质和激子等)吸收能量以后,从基态跃迁到较高能量状态的过程称为激发过程。

  发光过程:

  受激系统从激发态跃回基态,而把激发时吸收的一部分能量以光辐射的形式发射出来的过程,称为发光过程。

  一般有三种激发和发光过程

  1.发光中心直接激发与发光

  (1). 自发发光

  过程1:发光中心吸收能量后,电子从发光中心的基态A跃迁到激发态G。

  过程2:当电子从激发态G回到基态A,激发时吸收的一部分能量以光辐射的形式发射出来的过程。发光只在发光中心内部进行。

  (2). 受迫发光

  若发光中心激发后,电子不能从激发态G直接回到基态A(禁戒的跃迁),而是先经过亚稳态M(过程2),然后通过热激发从亚稳态M跃迁回激发态G(过程3),*后回到基态A(过程4)发射出光子的过程,成为受迫发光。受迫发光的余辉时间比自发发光长,发光衰减和温度有关。

  基质吸收了能量以后,电子从价带激发到导带(过程1);在价带中留下空穴,通过热平衡过程,导带中的电子很快降到导带底(过程2);价带中的空穴很快上升到价带顶(过程2'),然后被发光中俘获(过程3')。

  2. 基质激发发光导带底部的电子又可以经过三个过程产**光。

  (1). 直接落入发光中心激发态的发光导带底的电子直接落入发光中心的激发态G(过程3),然后又跃迁回基态A,与发光中上的空穴复合发光(过程4)

  (2). 浅陷阱能级俘获的电子产生的发光导带底的电子被浅陷阱能级D1俘获(过程5),由于热扰动,D1上的电子再跃迁到导带,然后与发光中心复合发光(过程6)。

  深能级俘获的电子产生的发光深能级D2离导带底较远,常温下电子无外界因素长期停留在该能级上。如果发光中心未经过非辐射跃迁回基态,对发光体加热或用红外线照射,电子便可以从D2跃迁到导带(过程8),然后与发光中心复合发光。

  激子吸收引起的荧光粉激发和发光晶体在受到激发时,电子从价带跃迁到导带,在价带留下空穴,电子和空穴都可以在晶体中自由运动,但是电子和空穴由于库仑力的作用会形成一个稳定的态,这种束缚的电子-空穴对,称为激子。激子的能量状态处于禁带之中,其能量小于禁带宽度,一对束缚的电子-空穴对相遇会释放能量,产生窄的谱线。

  LED荧光粉*能量传输过程

  包括能量的传递和能量的输运两个方面:

  能量传递:能量传递是指某一激发中心把激发能的全部或一部分转交给另一个中心的过程。

  能量输运:能量输运是指借助电子、空穴、激子等的运动,把激发能从一个晶体的一处输运到另一处的过程。

  能量的传递和输运机制大致有四种: • 再吸收、 • 共振传递、 • 借助载流子的能量输运 • 激子的能量传输

  LED荧光粉*实现白光的方式

  LED实现白光有多种方式,而开发较早、已实现产业化的方式是在LED芯片上涂敷荧光粉而实现白光发射。

  LED采用荧光粉实现白光主要有三种方法,但它们并没有完全成熟,由此严重地影响白光LED在照明领域的应用。具体来说,**种方法是在蓝色LED芯片上涂敷能被蓝光激发的黄色荧光粉,芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。该技术被日本Nichia公司垄断,而且这种方案的一个原理性的缺点就是该荧光体中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。

  **种实现方法是蓝色LED芯片上涂覆绿色和红色荧光粉,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。

  第三种实现方法是在紫光或紫外光LED芯片上涂敷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(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)来激发荧光粉而实现白光发射。

  我们是国内率先进行LED用高效低光衰荧光粉研究的研究机构。*近,通过与我国台湾合作伙伴的联合攻关,多种采用荧光粉的彩色LED被开发出来了。

  LED荧光粉*优势

  首先,即使不使用荧光粉,就能制备出红、黄、绿、蓝、紫等不同颜色的彩色LED,但由于这些不同颜色LED的发光效率相差很大,采用荧光粉以后,可以利 用某些波段LED发光效率高的优点来制备其他波段的LED,以提高该波段的发光效率。例如有些绿色波段的LED效率较低,台湾厂商利用我们提供的荧光粉制 备出一种效率较高,被其称为"苹果绿"的LED用于手机,其中白光源毫无疑问是需求量*大的,所以LED 荧光粉在实现白光发射领域应用*广泛。LED实现白光有多种方式,而开发较早、已实现产业化的方式是在LED芯片上涂敷荧光粉而实现白光发射。

  2.利用某波段 LED发光效率高的优点制备其它波段 LED

  虽然不使用荧光粉,就能制备出红、黄、绿、蓝、紫等不同颜色的彩色LED,但由于这些不同颜色LED的发光效率相差很大,采用荧光粉以后,可以利用某些波段LED发光效率高的优点来制备其他波段的LED,以提高该波段的发光效率。例如有些绿色波段的LED效率较低,台湾厂商利用我们提供的荧光粉制 备出一种效率较高,被其称为"苹果绿"的LED用于手机背光源,取得了较好的经济效益。

  3.让 LED光色更柔和、鲜艳

  虽然在LED上*广泛的应用还是在白光领域,但由于其特殊的优点,采用荧光粉以后,有些LED的光色会变得更加柔和或鲜艳,以适应不同的应用需要,在彩色LED 中也能得到一定的应用,但荧光粉在彩色 LED 上的应用还刚刚起步,需要进一步进行深入的研究和开发。

  4.将发光波长有误差的LED重新利用

  LED的发光波长现在还很难**控制,因而会造成有些波长的LED得不到应用而出现浪费,例如需要制备470nm 的 LED时,可能制备出来的是从455nm 到480nm 范围很宽的LED,发光波长在两端的 LED 只能以较低廉的价格处理掉或者废弃,而采用荧光粉可以将这些所谓的"废品"转化成我们所需要的颜色而得到利用。

  LED荧光粉*制作彩色LED的优点

  采用荧光粉来制作彩色LED有以下优点: 首先,虽然不使用荧光粉,就能制备出红、黄、绿、蓝、紫等不同颜色的彩色LED,但由于这些不同颜色LED的发光效率相差很大,采用荧光粉以后,可以利用某些波段LED发光效率高的优点来制备其他波段的LED,以提高该波段的发光效率。例如有些绿色波段的LED效率较低,台湾厂商利用​​我们提供的荧光粉制备出一种效率较高,被其称为苹果绿的LED用于手机背光源,取得了较好的经济效益。其次,LED的发光波长现在还很难**控制,因而会造成有些波长的LED得不到应用而出现浪费,例如需要制备470nm的LED时,可能制备出来的是从455nm到480nm范围很宽的LED , 发光波长在两端的LED只能以较低廉的价格处理掉或者废弃,而采用荧光粉可以将这些所谓的废品转化成我们所需要的颜色而得到利用。第三,采用荧光粉以后,有些LED的光色会变得更加柔和或鲜艳,以适应不同的应用需要。当然,荧光粉在LED上*广泛的应用还是在白光领域,但由于其特殊的优点,在彩色LED中也能得到一定的应用,但荧光粉在彩色LED上的应用还刚刚起步,需要进一步进行深入的研究和开发。

  LED荧光粉*注意事项

  a.发光颜料比重大,使用时注意混匀。

  b.金属材料对发光性能有较大的影响,应尽量避免接触金属材料。

  c.发光颜料大都微溶于水,在酸中分解,所以不能应用于水溶性体系和酸性体系。

  d.根据你的制造工艺,选择合适粒度的发光颜料。

  e.应贮存于通风、干燥的环境中,注意防潮,未能一次使用完的发光颜料应注意密封保存。

  f.通常粒径大的荧光粉,发光亮度要好一些。但是我们建议,首先要根据你的制造工艺,选择合适粒度的发光颜料。

  LED荧光粉*包装、运输、贮存:

  1、包装:产品用防水塑料袋作内包装,外包装用铁桶包装(25公斤/桶),也可根据客户要求,采用其它形式的包装:

  2、运输:运输时防止碰撞、挤压、防止日晒雨淋、不准倒立。

  3、贮存:应贮存于通风、干燥的环境中,注意防潮

  LED荧光粉*市场展望

  1.铝酸盐荧光粉中的TAG由于其发光亮度较低、重稀土Tb元素价格较高等因素的影响,*终会退出白光LED的历史舞台。 YAG荧光粉在背光显示领域中,由于半峰宽较宽致使其色彩饱和度较低,很难达到NTSC较高值的相关要求,所以应用范围较窄。在照明领域中,受限于对显色指数的要求,YAG黄色荧光粉的需求量将呈逐渐减少的趋势。 LuAG黄绿粉和绿粉在LED照明领域中,其搭配不同波长的红粉,可以**实现高亮度、高显色白光LED。因此,未来一段时间LuAG荧光粉将扮演重要的作用。

  2.矽酸盐荧光粉尽管其自身的信赖性不佳,但是由于目前的氮化物/氮氧化物绿粉价格昂贵,因此在短期内如1~2年内矽酸盐仍然是中低背光显示领域中的主要绿粉品种。然而在照明领域,矽酸盐荧光粉包括绿粉和橙粉将可能逐渐退出白光LED的历史舞台,将分别被LuAG荧光粉和氮化物/氮氧化物荧光粉所取代。

  3.氮化物/氮氧化物荧光粉具有良好的信赖性,未来将成为重要的荧光粉体系。其中,氮化物红粉发光亮度仍能得到一定程度的提升,同时受LED照明领域的快速发展,其需求量将呈现较大幅度的增长,价格方面也将向某个平衡位置靠近,实现良好的性价比;β-塞隆绿粉如果未来在发光亮度方面得到提升,同时成本得到有效地控制,将在现有**背光显示应用的基础上也会有一定的作为。

  综上所述,2012年我国LED荧光粉的发展现状与LED封装行业的发展息息相关,尽管LED行业仍然处于“寒冬”阶段,但是LED封装数量仍然处于增长阶段,这也带动了我国LED荧光粉数量的增长。但是由于白光LED产品价格的大幅下降,以及二三流荧光粉生产厂家持续涌入市场,整体LED荧光粉尤其是YAG荧光粉的价格将处于下降通道之中,这在一定程度上打破了市场秩序、扰乱了价格平衡,单一生产YAG荧光粉的企业未来将举步维艰。因此,对于LED荧光粉公司的赢利点,将从传统的YAG荧光粉、矽酸盐荧光粉转型到氮化物/氮氧化物荧光粉和其他铝酸盐的荧光粉上,比如LuAG。未来谁找到了LED荧光粉产品的差异化特点、掌握了**性能以及拥有核心**等,谁就占据了未来我国LED荧光粉产业发展的制高点。