高光效、長壽命、低價格是白光LED進入普通照明必過的三關(guān)，提高芯片的內(nèi)外量子效率、高技巧封裝結(jié)構(gòu)的設(shè)計及工藝、提高YAG：Ce3＋的光轉(zhuǎn)換效率是當(dāng)前直面的三題，認(rèn)真研究粉體的相結(jié)構(gòu)，顆粒形貌和發(fā)光特性，合成純相、大小均勻的球形熒光粉是熒光粉工程師的基本功，穩(wěn)定Ce3＋的濃度在封裝過程必須十分重視。 ?i)f^O
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相結(jié)構(gòu) [OjF[1I)u
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在Y2O3-AL2O3體系中，通過XRD可發(fā)現(xiàn)三種不同的相，其中Y3AL5O12（YAG）釔鋁石榴石相、YALO3（YAP）釔鋁鈣鈦礦相和Y4AL2O9（YAM）釔鋁單斜相。后兩種YAP和YAM為中間相。通過亮度測定，只有純YAG相發(fā)光亮度最高。傳統(tǒng)的硬化學(xué)合成中由于原料混合均勻困難，受固相化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)因素的影響，反應(yīng)需要在較高的溫度（>1600℃）和較長時間（如數(shù)小時）中間相才能轉(zhuǎn)化為YAG純相。在軟化學(xué)合成中，也同樣存在YAP-YAM-YAG中間相的多階段轉(zhuǎn)化，只是溫度（如1350-1450℃）和時間（1.5-2小時）的差異，因此化學(xué)反應(yīng)溫度和反應(yīng)時間是獲得純相的基本條件。 G'rxX Jq
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鈰激活的釔鋁石榴石YAG：Ce3＋是立方晶體，AL 位于晶體的四面體和八面體格位，Y位于十二面體格位，同ⅢＢ族元素的三價離子Sc3+ 、La3+ 、Gd3+和 Lu3+具有與 Y3+相同飽和裸露外電子層，原子半徑相近，都有可能形成十二面體晶格。由于Sc、Lu價格高、Gd的敏化效果好于La，在合成這類晶體時會選擇Gd取代部份Y作為基質(zhì)材料，同理，同ⅢA族元素的三價離子Ga3+、In3+具有與Al3+相同裸露外電子層，能進入八面體和四面體格位，也作為基質(zhì)材料，只是Ga3+和In3+的離子半徑大于Al3+，其發(fā)光波長有藍(lán)移。因此實際合成YAG的組成為（Y1-a-bCeaGdb）3（AL1-cGac）5O12。LED白光是由 InGaN基芯片發(fā)出的460nm藍(lán)光和YAG熒光粉吸收部分藍(lán)光發(fā)出555nm左右的黃綠色光混色產(chǎn)生。由于紅色光波不足，因此在合成低色溫YAG時摻入發(fā)射612nmPr3+和增強發(fā)射效果的Sm3+等共激活劑。 ?Y)vGlWDW<
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Ce3+作為主激活劑其發(fā)光強度，光致發(fā)光光譜及色坐標(biāo)值與Ce3+ 濃度密切相關(guān)，Ce3+有最佳濃度。含量不足，發(fā)光效率不高，含量高了發(fā)生濃度猝滅，影響Ce3+濃度的因素都對光轉(zhuǎn)換效率產(chǎn)生直接影響。譬如化學(xué)組成、原料純度，由Ce4+還原為Ce3+的還原條件，還原程度，對已獲得Ce3+如何避免氧化為Ce4+，這是影響YAG：Ce3+發(fā)光效率和穩(wěn)定性的關(guān)鍵因素。 H9KKed47d/
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助熔劑的選擇既要有利于基質(zhì)Y、Gd、Al、Ga等進入格位也要有利于激活劑Ce3+、Pr3+、Sm3+等進入格位，還要考慮便于在后處理工序中易于去除，避免摻雜以外原子的殘留，減少雜相。可選擇與AL同類元素的B2O3、AlF3、AlCl3、BaF2、NH4F、 NH4Cl等，可選擇單一或數(shù)種復(fù)合，實際效果以數(shù)種復(fù)合為佳。 8yRJD[/S
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原料的純度，直接影響純相，所選原料都在光譜純甚至5N-6N。 V_>\ 9m
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晶粒形貌晶粒的形貌包括結(jié)晶行為，形貌顆粒的大小、分布、形貌特征及其規(guī)律等。 K)-U1JE7
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當(dāng) GaN芯片中發(fā)射的藍(lán)光照射在YAG；Ce3+熒光粉層時一部分藍(lán)光穿透粉體的孔隙直接透射出，一部分藍(lán)光照射到雜亂的微小晶體經(jīng)無數(shù)次的漫反射，折射后又返回原來粉體表面如。一部分藍(lán)光在熒光粉體向同性散射，如果芯片發(fā)出的某波長的藍(lán)光恰好被熒光粉體吸收，即匹配，并輻射555nm左右的黃綠光，而熒光粉層如果與藍(lán)光不匹配，吸收的這部分光不轉(zhuǎn)換為黃綠光，只以熱形式傳遞能量。能有效吸收并實現(xiàn)光輻射轉(zhuǎn)換，這就是熒光粉YAG：Ce3+的光轉(zhuǎn)換。黃綠光與剩余藍(lán)光混色產(chǎn)生白光，因此研究被吸收光的波長吸收數(shù)量顯然是重要的。465nm芯片發(fā)出的光要和吸收465nm的熒光粉相匹配，450nm芯片要和吸收450nm熒光粉相匹配，因此要求芯片供應(yīng)商芯片波長的穩(wěn)定性和一致性，熒光粉供應(yīng)商要按不同組成配置適應(yīng)不同芯片的熒光粉。 dI*pDDq#
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從上述分析可知，欲獲得高光轉(zhuǎn)換率，需要降低熒光粉層孔隙率，反射率、折射率，提高吸收率和轉(zhuǎn)換率，熒光粉顆粒的大小，粒度分布，顆粒形態(tài)，顆粒表面狀態(tài)等決定熒光粉顆粒填充結(jié)構(gòu)和填充特性。熒光粉層的空隙率與填充類型，顆粒形狀和粒度分布有關(guān)。顆粒學(xué)研究證明，顆粒不論是松散堆積或緊密堆積，顆粒的球形度（球形度定義為：球體表面積對同體積不規(guī)則顆粒表面積之比）越低，表面粗糙度越高和有棱角的顆粒，它的堆積孔隙率就越高，同時由于小顆粒的粘聚作用，顆粒越小，孔隙率也越高，降低孔隙率的辦法就是合理的顆粒分布和好的顆粒形貌。 4F Ek5D
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球形的發(fā)光顆粒，可以獲得較高的堆積密度，從而減少發(fā)光體的散射，由于球形發(fā)光顆粒堆積密度高孔隙率減小，透射光的損失也少，對發(fā)光體來說，最理想的顆粒形態(tài)就是球形。 _6_IP0;
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傳統(tǒng)的高溫固相法，產(chǎn)物的晶粒形成是逐步生長的，必須要有足夠的溫度和時間，因燒結(jié)嚴(yán)重，顆粒的形貌很不規(guī)則，難于獲得球形顆粒，粒子易團聚，需要解聚，減小粒徑。使用球磨工藝，往往較大的粒塊剛好磨細(xì)，而較小的粒塊已經(jīng)磨得過細(xì)，晶格結(jié)構(gòu)受到破壞，球磨降低了熒光粉的結(jié)晶性，形貌不完整，尺寸不一粗糙度高，有棱角的顆粒，粉體堆積孔隙率高，導(dǎo)致透光率高，轉(zhuǎn)換效率降低。 ^:K3vC[h;c
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許多專家學(xué)者致力于晶體形貌的研究，希望獲得較細(xì)的尺寸（如 2-3μm）和較窄的尺寸分布的非團聚球形晶粒。要獲得球形晶體必須從原料和工藝兩方面入手，黃京根指出用球形Al2O3得到球形的BAM，平板型Al2O3得到平板型BAM，林君采用噴霧熱解制備一系列球形稀土發(fā)光材料，在化學(xué)共沉淀工藝中采用絡(luò)合劑，控制PH可以獲得幾乎大小一致的球形軀體，王振川在溶膠凝膠制備前軀體中獲得85%一致的球體，李強用高分子網(wǎng)絡(luò)凝膠法制得YAG微粉。綜合利用軟化學(xué)和硬化學(xué)的不同特點，合成大小一致符合要求純相球形晶體是今后努力方向。 zw+B9PYqX
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YAG:Ce3+的發(fā)光特性 rJPb 3F
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YAG:Ce3+熒光粉在藍(lán)光，長波紫外光激發(fā)下部分藍(lán)光被熒光體吸收，熒光體產(chǎn)生高效的黃色可見光發(fā)射，這種光能轉(zhuǎn)換效率高、流明效率高，屬于典型的下轉(zhuǎn)換光致發(fā)光。鈰激活的釔鋁石榴石熒光粉最有效藍(lán)光激發(fā)光譜，與InGaN芯片的發(fā)光光譜滿意相匹配，轉(zhuǎn)換成白光需要的黃光發(fā)射。為了提高顯色性，可在組成上摻入紅色波段發(fā)射稀土Pr3+和Sm3+或加入高效紅色熒光粉，組成中增加稀土Gd的用量有利于低色溫調(diào)制，轉(zhuǎn)換光色對熒光粉層厚度非常敏感，調(diào)整YAG:Ce3+的品種和用量可以獲得不同色溫的白光。 bIGHGd
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鈰激活的釔鋁石榴石具有良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性，耐電子輻射，具有優(yōu)良的溫度猝滅特性。該熒光粉流明維持受多種因素制約如原料的純度，灼燒后是否有雜相，晶體形貌，是否吸收了水氣及氧化性氣體，影響Ce3+的穩(wěn)定，在熒光粉貯存，保管使用過程中要避免氧化環(huán)境，限制Ce3+→Ce4+的發(fā)生，努力提高 Ce3+的穩(wěn)定性。用軟化學(xué)合成近似球形均勻一致性熒光粉產(chǎn)品，發(fā)光亮度高、點膠涂敷性能好，企業(yè)經(jīng)濟效益明顯提高。
