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、品種和規格的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，再散發到周圍空氣中。環氧樹脂的直徑有7mm、5mm、4mm、3mm和2mm等規格。發光角（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：1) 采用紅、綠、藍三色LED組合發光，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，由芯片發出的藍光、熒光粉發出的紅光和綠光三色混合獲得白光；3) 利用紫外LED芯片發出的近紫外光激發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、散熱等方面具有優勢，在目前的LED產品市場上占主導地位。
熒光粉已經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、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芯片的發射峰與熒光粉的激發峰zuida程度地重疊時，才能大限度地發揮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芯片的發射光譜，左邊淡灰色陰影為YAG:Ce的激發光譜；右邊為在460nm激發下的發射光譜。從圖中可以看出，InGaN芯片的發射光譜和YAG:Ce的激發光譜重合的非常好，這樣就使YAG:Ce處于有效的激發條件下，從而使YAG:Ce的發光效率zui高。當YAG:Ce的激發主峰向左或向右偏移InGaN芯片的發射峰時，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。

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）規定的允許誤差范圍內。同理，當YAG:Ce的色坐標靠近橙光區域時，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，發射波長一般在450nm~470nm之間。因此，我們需要針對每個發射波長的LED芯片研發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（Ra）達到83左右。要獲得顯色指數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，開發穩定的紅色熒光粉是至關重要的。