熒光粉在LED封裝中的應用
LED封裝是將外引線連接到LED芯片的電極上,，以便于與其他器件連接。它不僅將用導線將芯片上的電極連接到封裝外殼上實現(xiàn)芯片與外部電路的連接,，而且將芯片固定和密封起來,，以保護芯片電路不受水、空氣等物質的侵蝕而造成電氣性能降低,。另外,，封裝還可以提高LED芯片的出光效率，并為下游產業(yè)的應用安裝和運輸提供方便,。因此,，封裝技術對LED的性能和可靠性發(fā)揮著重要的作用。下面對LED封裝技術,、熒光粉及其在LED封裝中的應用進行介紹,。

1,、LED封裝技術
根據(jù)不同的應用需要，LED的芯片可通過多種封裝方式做成不同結構和外觀的器件,，生產出各種色溫,、顯色指數(shù)、品種和規(guī)格的LED產品,。按封裝是否帶有引腳,，LED可分為引腳式封裝和表面貼裝封裝兩種類型。常規(guī)小功率LED的封裝形式主要有：直插式DIP LED,、表面貼裝式SMD LED,、食人魚Piranha LED和PCB集成化封裝。功率型LED是未來半導體照明的核心,，其封裝是人們目前研究的熱點,。下面就幾種主要的封裝形式進行說明：
（1）引腳式封裝 采用引線架作為各種封裝外型的引腳。圓頭插腳式LED是常用的封裝形式,。這種封裝常用環(huán)氧樹脂或硅樹脂作為包封材料,，芯片約90%的熱量由引線架傳遞到印刷電路板（PCB）上，再散發(fā)到周圍空氣中,。環(huán)氧樹脂的直徑有7mm,、5mm、4mm,、3mm和2mm等規(guī)格,。發(fā)光角（2θ1/2）的范圍可達18~120°。
（2）表面貼裝封裝 它是繼引腳式封裝之后出現(xiàn)的一種重要封裝形式,。它通常采用塑料帶引線片式載體（Plastic Leaded Chip Carrier,，PLCC），將LED芯片放在頂部凹槽處,，底部封以金屬片狀引腳,。LED采用表面貼裝封裝，較好地解決了亮度,，視角,，平整度，一致性和可靠性等問題,，是目前LED封裝技術的一個重要發(fā)展方向,。
（3）功率型LED封裝 功率型LED分普通功率LED（小于1W）和瓦級功率LED（1W及以上）兩種。其中,，瓦級功率LED是未來照明的核心,。單芯片瓦級功率LED早是由Lumileds公司在1998年推出的LUXEON LED，該封裝結構的特點是采用熱電分離的形式，將倒裝芯片（Flip Chip）用硅載體直接焊在熱沉上,，并采用反射杯,、光學透鏡和柔性透明膠等新結構和新材料。

2,、熒光粉

目前白光LED主要通過三種型式實現(xiàn)：1) 采用紅,、綠、藍三色LED組合發(fā)光,，即多芯片白光LED,；2) 采用藍光LED芯片和黃色熒光粉，由藍光和黃光兩色互補得到白光,，或用藍光LED芯片配合紅色和綠色熒光粉,，由芯片發(fā)出的藍光、熒光粉發(fā)出的紅光和綠光三色混合獲得白光,；3) 利用紫外LED芯片發(fā)出的近紫外光激發(fā)三基色熒光粉得到白光,。后兩種方式獲得的白光LED都需要用到熒光粉，稱為熒光粉轉換LED（phosphor converted Light Emitting Diode,，pc-LED），它與多芯片白光LED相比在控制電路,、生產成本,、散熱等方面具有優(yōu)勢，在目前的LED產品市場上占主導地位,。
熒光粉已經(jīng)成為半導體照明技術中的關鍵材料之一,，它的特性直接決定了熒光粉轉換LED的亮度、顯色指數(shù),、色溫及流明效率等性能,。目前的黃色熒光粉主要有鈰激活釔鋁石榴石（Y3Al5O12:Ce3+，YAG:Ce）和銪激活堿土金屬硅酸鹽,；紅色熒光粉主要有：Ca1-xSrxS:Eu2+,、YVO4:Bi3+,Eu3+和M2Si5N8:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)等；綠色熒光粉主要有：SrGa2S4:Eu2+,、M2SiO4:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)和MSi2N2O2:Eu2+(M=Ca,Sr,Ba)等,；藍色熒光粉主要有：BaMg2Al16O27:Eu2+、Sr5(PO4)Cl:Eu2+,、Ba5SiO4Cl6:Eu2+和LiSrPO4:Eu2+等,。
3、熒光粉在封裝中的應用
封裝之前除了需確定封裝結構外,，還需選擇好芯片和熒光粉,。對于高色溫的冷白光LED通常選用InGaN芯片配合YAG:Ce黃色熒光粉，獲得低色溫的暖白光LED需要在此基礎上添加紅色熒光粉或采用紫外芯片配合三基色熒光粉。LED芯片和熒光粉之間存在一個匹配的問題,，只有當LED芯片的發(fā)射峰與熒光粉的激發(fā)峰zuida程度地重疊時,，才能大限度地發(fā)揮LED芯片和熒光粉的效率。

圖1為InGaN芯片和YAG:Ce熒光粉的熒光光譜,，其中左邊帶斜線陰影部分為InGaN芯片的發(fā)射光譜,，左邊淡灰色陰影為YAG:Ce的激發(fā)光譜；右邊為在460nm激發(fā)下的發(fā)射光譜,。從圖中可以看出,，InGaN芯片的發(fā)射光譜和YAG:Ce的激發(fā)光譜重合的非常好，這樣就使YAG:Ce處于有效的激發(fā)條件下,，從而使YAG:Ce的發(fā)光效率zui高,。當YAG:Ce的激發(fā)主峰向左或向右偏移InGaN芯片的發(fā)射峰時，都大幅降低兩者的重疊程度,，從而導致封裝后LED 的光效顯著降低,。

圖2是不同YAG:Ce熒光粉添加量的LED色坐標，其中1點為InGaN藍光芯片的色坐標,，7點為YAG:Ce熒光粉的色坐標,，2點到6點是將YAG:Ce熒光粉薄層置于玻璃上用LED芯片激發(fā)所測得的色坐標，2點為添加一層YAG:Ce熒光粉,，3點為添加2層YAG:Ce熒光粉,，依次類推。由圖可看出,，適當調節(jié)YAG:Ce熒光粉的厚度即可使白光LED的色坐標在芯片色坐標與熒光粉色坐標連線上移動,。另外，從圖2中有一個三角形,，其三個頂點坐標分別為美國國家電視標準委員會（NTSC）規(guī)定的紅,、綠、藍三基色熒光粉的色坐標,。在圖2中還可以看到有一條黑色的弧線,，這是根據(jù)黑體輻射公式計算出的在不同溫度下黑體的色坐標曲線，稱為黑體軌跡,，它是衡量白光LED色溫的重要依據(jù),。

圖3為用熒光粉調制白光LED 的色溫，圖3左邊標出了InGaN芯片色
坐標和一系列不同YAG:Ce色坐標之間的連線和4500K~10000K等相關色溫線,，圖3右邊為左圖在白光區(qū)域的局部放大圖,。從圖3中可知，當YAG:Ce的色坐標靠近綠光區(qū)域時,，InGaN芯片和YAG:Ce的色坐標連線與各等相關色溫線的交點,，隨著色溫的降低而偏離黑體軌跡逐漸增大,。這表明偏綠光的YAG:Ce不適合于封裝中低色溫的白光LED，因為如果封裝中低色溫的白光LED將會使白光LED的色坐標在黑體軌跡上方偏離較大,，這樣顯色性差,，會從而超出電工委員會（IEC）規(guī)定的允許誤差范圍內。同理,，當YAG:Ce的色坐標靠近橙光區(qū)域時,，它不適合用于封裝高色溫的白光LED，這樣封裝出的白光LED的色坐標同樣會在黑體軌跡下方偏離較大,。因此,，需要根據(jù)所需封裝的白光LED色溫相

應地選取適當色坐標的熒光粉，通過調節(jié)熒光粉的使用量來使封裝后白光LED的色坐標盡量靠近黑體軌跡,，使其符合電工委員會規(guī)定的標準,。

上面只給出了YAG:Ce匹配450nm的藍光LED芯片的情況，實際使用的
藍光LED芯片還有很多,，發(fā)射波長一般在450nm~470nm之間,。因此，我們需要針對每個發(fā)射波長的LED芯片研發(fā)一系列色坐標不同的YAG:Ce熒光粉,，用于封裝一系列不同色溫的白光LED,。對于低色溫白光LED（3300K以下），YAG:Ce由于缺乏紅光成分不能滿足要求,，需要對其進行改進,。比如通過Ce和Pr共摻雜YAG，可使封裝后的白光LED顯色指數(shù)（Ra）達到83左右,。要獲得顯色指數(shù)Ra大于90的白光LED，則需添加紅色熒光粉（如Sr2Si5N8:Eu2+）配合YAG:Ce使用,。因此,，對于高顯色性低色溫的暖白光LED來說，開發(fā)穩(wěn)定的紅色熒光粉是至關重要的,。