2011年中国LED荧光粉企业竞争力排名
2015-03-29：黑体辐射轨迹上的点都是白光吗？一般来说，很多人理所当然地认为白光都位于黑体辐射轨迹上，并依据色温高低分为暖白和冷白。发现当光源色温低于4000K时，观察者认为的白光色品坐标位于黑体辐射轨迹下方，而当光源色温高于4000K时，评价所得的白光色品坐标位于黑体辐射轨迹上方。所以，黑体辐射轨迹上的点基本不是人眼所感知的白光。
2014-07-09：福建物构所高效暖白光LED用红光荧光粉研究获进展。成功制备出Mn4+掺杂的K2TiF6、K2SiF6、NaYF4和NaGdF4红光荧光粉，该类荧光粉在~460 nm具有强的吸收带（带宽~50 nm），适合蓝光芯片的激发，同时其发射为~630 nm的尖锐谱线红光发射，相比氮（氧）化物红光荧光粉具有更高的辐射流明效率。特别地，K2TiF6:Mn4+荧光粉室温下的发光绝对量子产率达到98%，优于大部分现有的红色荧光粉；同时该荧光粉具有很好的荧光热稳定性，在150°C下的发光强度达到室温下的98%；利用该红光荧光粉与YAG:Ce3+黄色荧光粉组合封装的暖白光LED器件在60 mA驱动电流条件下，色温3556 K，显色指数81，流明效率高达116 lm/W。
2011-11-8
据高工LED产业研究所(GLII)统计，2010年中国市场(不包括台湾及港澳地区)LED荧光粉总销售量为10.9吨。进入2011年，GLII预估LED荧光粉的市场需求量将进一步提升至18.5吨，同比增长70%。其中在中国大陆的跨国企业天津三星LED、惠州LG中国工厂LED荧光粉使用数量大幅度增长是主要动力之一。
中国LED荧光粉的供应商近两年在不断增多，特别是中国本土LED荧光粉企业的从中低端市场发力，并且已经有部分企业向中高端市场进军，预计2012年LED荧光粉国产化率将得到进一步提升。
本次中国 LED荧光粉企业竞争力排名，GLII共调查了超过40家中国LED荧光粉国内外供应厂商的销售和技术水平情况。国际知名LED荧光粉企业日本日亚、日本三菱由于在中国还基本没有销售，所以未出现在排名中。日本日亚YAG荧光粉全球做的最好，基本只在日本国内销售。日本三菱LED红色荧光粉全球做的最好，目前尚未在中国销售，预计很快也会进入中国。德国默克今年也已经进入中国销售，目前销量非常小。
2011年中国LED荧光粉企业竞争力排名
数据范围说明：
企业范围：选取在中国销售LED荧光粉的所有国内外企业，未在中国销售LED荧光粉的企业不在统计范围之内
评价标准：选取2011年上半年各企业LED荧光粉销售量数据和技术方面评估数据作为评价标准。总分100分，其中销售量比重70分，技术实力比重30分。
No.1 美国Intematix
美国Intematix，成立于2000 年，公司主要由美国几家大的风投公司投资，总部在美国加州硅谷。目前股东包括韩国三星、台湾晶元光电等LED知名企业。英特美主要提供硅酸盐荧光粉，红色氮化物荧光粉，绿色非YAG铝酸盐荧光粉，以及高光效YAG荧光粉。目前全球拥有300多员工，及超过40位博士的研发团队，并拥有250多项自主专利，是世界上最全的高效及有自主知识产权的世界领先LED专业荧光粉研究生产商。2007年以来成立多家子公司，包括英特美光电(深圳)有限公司，台湾英特明光能有限公司，苏州英特华照明有限公司，英特美光电(深圳)有限公司是其中国运营总代表。英特美LED荧光粉在亮度上不断取得突破，英特美荧光粉以高亮度、高技术、高质量而被市场所接受，近一年来市场占有率快速提升。尽管客户数量没有弘大(日本根本化学代理商)多，但大客户数量远多于弘大，售量已经逐渐赶超弘大。其05742荧光粉曾被市场选为生产暖白光最佳荧光粉，就算是现在仍有很多企业在使用。具有代表是荧光粉有O5742 、YAG-001\002\003\004、G2762、R6733。但英特美也是因其质量被大众接受认可，所以价格一直降的幅度较少，这真苦了中小型封装企业，但也是给国内荧光粉企业一些更多的机会。高工LED产业研究所预计，2011年英特美LED荧光粉销售量和销售额都将超过根本化学。
No.2 日本根本特殊化学株式会社
日本根本化学排名第二，通过台湾弘大，其曾经在中国创下市场占有率高达60%的光辉成绩，台湾弘大贸易股份有限公司于1998年取得根本化学亚太地区LED荧光粉销售总代理，之后台湾弘大以弘大荧光粉品牌在中国得到了广泛的市场认可。截至2010年，根本化学LED荧光粉一直是中国市场占有最大的市场份额。台湾宏大贸易股份有限公司成立于1962年，初期主要为日本东芝稀有金属在台湾的代理机构，1998年获得日本根本特殊化学会社总代理权，主要代理LED物料荧光粉为主。宏大荧光粉最具代表的荧光粉有0902、0901、0432、O1002等。宏大荧光粉因抢占中国大陆市场最早，加上其本身在技术较成熟、一致性、光效均得到封装企业的认同，所以市场占有率在2010年前一直处于冠军，但后来英特美、德国默克(日本丰田合成是其代理商)、德国迪诺等国际型荧光粉企业陆续进军中国大陆市场，特别是中国本土逐渐兴起一批在技术、质量、性能并不逊于国际荧光粉的企业(如有研稀土、中村宇极、上海渭道)后，宏大荧光粉的市场逐渐被吞食，虽然宏大荧光粉近来一直在推出新产品，但从技术上看并没有得到很大的提高，且因价格相对于国内荧光粉价格仍较高，故而市场仍没摆脱吞食的现象，市场份额一直在降。与英特美的迅速崛起并不断扩大市场份额相比，根本化学的市场已经开始在走下坡路。不过，根本化学荧光粉业内已经使用习惯并且稳定性优良，仍然能保持国内主要供应商之一的地位。
No.3 有研稀土新材料股份有限公司
有研稀土新材料股份有限公司排名第三。有研稀土是2001年由北京有色金属研究总院作为主发起人对稀土材料国家工程研究中心进行整体改制而设立的股份公司，主要从事稀土及其相关材料的研究、开发与生产，拥有从稀土矿山到稀土功能材料的完整产业链。有研稀土总部在北京，拥有三个控股子公司，分别是江苏省国盛稀土有限公司、乐山有研稀土新材料有限公司和廊坊关西磁性材料有限公司。有研稀土现有员工500余人，硕士以上学历共计43人，申报发明专利110余项。有研稀土属国内LED荧光粉领先企业。该公司属于国内新兴起来的荧光粉企业，无论是大功率还是小功率其质量在LED封装行业中已逐渐得到认可，并逐渐取代弘大成为某些区域市场的主流。目前市场已覆盖华东、华南等地区。
No.4 北京中村宇极科技有限公司
北京中村宇极科技有限公司排名第四。中村宇极成立于2006年，由北京宇极科技发展有限公司和日本中村科学器械工业株式会社合资组建，总部设在北京中关村科技园，在南京、上海和深圳均设有办事处。该公司是由北京宇极科技发展有限公司和日本中村科学器械工业株式会社合资组建，由海外留学人员归国于2006年创立的高科技公司，位于北京市中关村科技园。公司致力于开发新型高性能照明和显示用发光材料，已获得了多项LED用荧光粉发光材料的发明专利。由于其出色的光转换率、高稳定性和低衰减性能，获得了广泛的应用和好评，并已成功进入台湾、韩国和欧美市场。该公司不但生产黄粉、绿粉、橙粉还生产红粉，而且以销售红粉(如ZYP630/650/660)为主。该公司红粉以质量稳定及高显指被客户广泛应用，其红粉技术可以匹敌英特美部分红粉。据了解，该公司红粉绝大部分销售到国企业内部。该公司红粉的成功打破了国内无红粉技术先例。但因其产量有限在抢占市场方面缺少了许多动力，且其黄色、绿色荧光粉似乎并不争气，直到现在市场占有率还是很少。
No.5 江苏博睿光电有限公司
江苏博睿光电有限公司排行第五。江苏博睿是专业从事新型光电材料相关技术研究和开发应用的企业，在荧光粉领域，已形成科研开发、规模生产和专业化技术服务 的完整体系。江苏博睿现有员工40余人，硕士以上员工共计8人，申请发明专利近20项，在国内外学术刊物上发表文章100余篇。公司主要产品包括：高亮度 白光LED用全波段荧光粉、等离子显示器(PDP)用三基色荧光粉、冷阴极荧光灯(CCFL)用荧光粉、紧凑型灯(CFL)用荧光粉及多色系超长余辉蓄光 型荧光粉等。该公司荧光粉目前在华东一带份额较大，而在珠江三角洲从去年开始也慢慢渗透。据LED封装业内工程技术人士透露，该公司荧光粉质量还不错，加 上价格上的部分优势，部分小型封装企业慢慢青睐该公司荧光粉。
No.6 大连路明发光科技股份有限公司
大连路明发光科技股份有限公司排名第六。大连路明是一家从事LED照明、显示屏和发光材料研发和生产的企业。在LED荧光粉的研发方面，截至2010年 12月31日，该公司共拥有88项专利权或申请权，其中21项海外专利权或申请权。该公司LED专用荧光粉发光颜色覆盖蓝、绿、黄、红的可见光区，实现发 射光谱连续可调。与合适的芯片搭配，可以制造色温2500－12000K范围内、高显色性的白光LED，也可以制造彩色LED， 目前市场集中于华东、华南。该公司荧光粉从研发上确实有自己的优势，但据封装企业透露该公司荧光粉使用后仍未达到目前市场的要求，技术指标仍需要改善.
No.7 德国DINO材料发展有限公司
德国迪诺排名第七，该公司荧光粉目前在大陆代理商并不是很多，而且也是从2009年才开始陆续开发市场，所以总体销量在整个荧光粉市场上并不明显。但其质 量确实令大多封装企业回味无穷的，该公司荧光粉在珠江三角洲曾以DAM3018系列黄色荧光粉为其开疆扩土，在中国大陆该公司荧光粉主要销售黄色荧光粉为 主.当然该公司也生产橙粉、绿粉但因质量无法比拟英特美故而市面上销售并不乐观。
No.8 德国LWB耐火材料公司
德国LWB排名第八，德国LWB是德国著名的荧光粉生产企业，属于比利时Lhoist集团旗下。该公司在亚洲主要以日本丰田合成代理销售为主，在深圳主要 是图盟科技代理销售。该荧光粉无论技术还是质量国内荧光粉都是无法比拟的，遗憾的是该荧光粉进军国内市场较晚，而且几乎销售的均是有专利产品，在国内市场 占有率仍然较低。据了解该公司在大陆最近将推出非专利黄色荧光粉，说实在在中国大陆专利能值多少钱呢，希望所推出来的非专利荧光粉在质量上跟得上的同时能 逐渐抢占市场。
No.9 上海渭道光电科技有限公司
上海渭道光电科技有限公司排名第九。上海渭道成立于2008年，致力于大功率LED荧光粉的研发和生产，主要产品有红、黄、绿三色LED用荧光粉。该公司 成立于2008年，致力于大功率LED荧光粉的研发和生产，主要产品有红、黄、绿三色LED用荧光粉，性能稳定。目前该公司主要生产黄色 (WD99001/02/03)、红色(WDH001/02)、绿色荧光粉(WDG02/01/03)。该公司荧光粉以高质量、高显指、高稳定性被同行认 可，特别是其红色荧光粉，虽然价格高但因其显色指数高，却赢得很多封装厂的青睐，但如其荧光粉在价格上有更多优势的话，市场占有率将得到很大提高，当然技 术上还是有些不足，黄粉在生产中难免出现些一致性不好的情况，技术仍然有待提高。
No.10 厦门科明达科技有限公司
厦门科明达排名第十。该公司成立于2003年，是专业从事固态半导体照明白光led荧光粉YAG系列的研发、生产和销售的高科技企业。目前已有两项专利， 另外，还正申请了1项美国发明专利。2006年和2008年连续两届获得“国家半导体照明产品及应用创新大赛”入围奖，是白光荧光粉唯一获奖产品。技术参 数： 科明达专利荧光粉其辉度值达到345%，是市场流通荧光粉辉度值136%的2倍多。用科明达荧光粉封装的led，2008年小功率直插LED光通量已经达 到7.58.0lm/0.06w，2010年初大功率LED已达到138lm/w，正在推出130-160lm/w荧光粉产品和封装技术。可以说该公司荧 光粉技术确实不错，在某些领域甚至比英特美还好，但该公司缺少宏伟的销售策略，导致销售量一直得不到提高，导致本次排名仅排在第十。
关于GLII
高工LED 旗下高工LED产业研究所(GLII)拥有一支训练有素的专业分析师团队和由国内外知名专家组成的咨询团队，专家来自政府、金融、知名LED及照明研究院所和企业等，成为LED产业研究的权威力量。
GLII已经为中国相关政府、投资界和LED产业链企业提供产业研究、发展战略、产业规划、产业竞争力、产业投资、IPO上市、品牌策划、市场营销等等多项专业咨询服务，全面帮助企业提升市场竞争力和促进产业的有序健康发展。
2009/11/26
从“十一五”计划开始，我国政府就把半导体照明工程作为一个重大工程进行推动。荧光粉是LED中最重要的关键技术和原材料之一，2011年国内LED荧光粉的需求量将达2.5亿元，并且随着LED技术的不断进步，对各种荧光粉的需求将会保持可观的增长率。但是目前国内缺乏新型、高端LED用荧光粉的自主核心技术，已经成为我国LED产业发展的瓶颈。
铈掺杂的钇铝石榴石(YAG:Ce3+)是最早被广泛应用于白光LED中的一类荧光粉[1]，但是其发射光谱中红色成分较少，难以制作高显色指数、低色温的白光LED。通过在YAG:Ce3+中加入(Ca,Sr)S:Eu2+、(Ca,Sr)Ga2S4:Eu2+红绿色荧光粉可以实现高显色指数、低色温白光LED，但是由于这类碱土金属硫化物的物理化学性质不稳定，易潮解、挥发出硫化氢，具有腐蚀性，等诸多严重问题，无法满足制作LED的需要[2]。后来人们发现了一类热稳定性和化学稳定性优异的红色荧光粉，能完全替代碱土金属硫化物实现高显色指数、低色温白光LED，这类荧光粉具有硅氮(氧)四面体结构，因此被称为氮氧化物[3-4]。
氮氧化物荧光粉由于其独特的激发光谱(激发范围涵盖紫外、近紫外、蓝光甚至绿光)以及优异的发光特性(发射绿、黄、红光;热淬灭小、发光效率高等)，材料本身无毒、稳定性好，因此非常适合于应用在白光LED中，特别是蓝色芯片的白光LED的应用，因而受到了科学界和产业界的极大关注。国外著名的照明公司，如OSRAM，Philips，GE，日亚化学，松下电器，丰田合成，三菱化学，夏普等，及国内的北京宇极都在积极开发氮氧化物荧光粉并逐步开始应用采用了氮氧化物荧光粉的白光LED产品。
图1.是一些氮氧化物荧光粉的发射光谱[5]，由于氮氧化物荧光粉是以具有较强共价键特性的硅-氮氧四面体作为其基本单元并构成一定的三维网络结构，因此在晶体场作用下，发光中心离子的电子组态出现大的晶场劈裂(如图2)，使其激发和发射能量同时下降，从而实现了蓝光激发和红、绿、黄色发光。同时由于基质材料的共价键性较强，所以氮(氧)化物荧光粉具有热稳定性好、光衰小、温度特性好的特点。
一、氮氧化物荧光粉的开发情况：
开发新型LED用氮氧化物荧光粉的创新点主要体现在以下几方面：
1.选择以共价键性强且含有Si-N四面体的多元系氮氧化物为基质材料;
2.采用创新的热压高温气-固相反应法制备易分散的微细氮氧化物发光粉体;
3.制备的发光粉体能够被300-500nm之间紫外及蓝光有效激发，且量子效率达到80%以上;
4.可以解决高显色性、高亮度和色温可调的白光LED关键技术。
氮氧化物荧光粉产品优点如下：
1. 发光波长范围宽，可覆盖500-700nm可见光区域;
2. 发光效率高、显色性好，热稳定性高;
3. 有效解决我国封装企业面临的专利壁垒;
氮氧化物荧光粉的开发，以氮化物红色荧光粉开发最早也最为成熟。目前应用的红色氮化物荧光粉主要有两种，都是铕掺杂的氮化物，结构式可以写为M2xSi5N8:Eux2+(M=Ca，Sr，Ba，其中0≤x≤0.4)和CaAlSiN3:Eu2+。绿色和黄色氮氧化物荧光粉目前主要有Eu2+,Ce3+,Y2+等稀土离子激活的塞隆(Sialon)类和MSiO2N2两大类。
国内氮氧化物荧光粉的开发起步较晚，但是发展速度很快。现在已经面市的有氮氧化物红色、绿色、黄色、蓝色荧光粉，如图3为各产品在CIE坐标图中的色品坐标位置。
如上图中所示产品，以北京宇极开发的产品最为齐全，均为自主专利独立研发，最近又成功研发了新产品ZYP660，发光波长在660nm，填补了市场空白，为低色温高显色白光和玫瑰红色LED提供了新的解决方案。
二、氮氧化物荧光粉的应用：
氮氧化物荧光粉由于其宽范围的发光波长和高效高亮等特点，在多彩和高显色白光LED的应用很广泛。
1.以前在可见光区域短波段500-530nm和长波段620-700nm只能通过芯片发光实现蓝色、绿色、红色发光，现在可以通过蓝光激发氮氧化物荧光粉实现各种颜色的发光。目前市场上能够发红色、绿色、蓝色的发光二极管(LED)全部依赖红色、绿色、蓝色芯片发光，其可以实现的颜色区域非常小，发光颜色单调，而且高亮红色、绿色芯片价格昂贵，使得多彩LED一直没有好的解决方案。本公司开发的高效、低光衰、可被蓝光激发的发光波长覆盖470-700nm的各种颜色氮氧化物荧光粉就彻底解决了目前多彩LED所面临的问题。蓝光芯片配合各种颜色的氮氧化物荧光粉可以发出发光波长覆盖500-700nm的各种光色。如图4为北京宇极芯光光电技术有限公司采用蓝色、绿色、红色氮氧化物荧光粉做出的各种彩色LED。
图5: 紫红色LED
北京宇极最近研发的氮氧化物新产品ZYP660发现在植物生长方面的新用途。如图5所示，蓝光芯片配合ZYP660封装出紫红色的LED，其中红色光谱的峰值波长在660nm，恰好是植物在生长过程需要吸收的红色光谱。将紫红色的LED集中封装为植物生长光照的灯具，如图6所示。在植物生长灯的照射下，植物生长将更加快速，枝叶更加茁壮。
2. 采用氮氧化物荧光粉制作白光LED;采用红色氮化物荧光粉(发射峰值为625nm)配合黄色铝酸盐荧光粉进行封装的测试结果如表1所示：
随着红粉含量的增加，显色指数会先下降，再上升。原因是由于氮氧化物红粉会吸收黄粉发出的绿光，当红粉含量较小的时候，吸收绿光对显色指数降低尚不明显，而红粉发出的红光却能显著提高显色指数，当红粉占黄粉重量在15%以内时，可以获得显色指数>80的白光。当红粉含量继续增加，由于红粉对绿光的吸收增加得多了，绿光的减少导致了显色指数较大的降低。在选择和红粉配合使用的黄粉时应先选择发射光谱波长较短的黄粉，这一类黄粉的发射光谱中绿光含量较多，对提高显色指数有帮助，同时光效也很高。
如果采用发射峰值为645nm的红色荧光粉配合铝酸盐黄色荧光粉则能更大幅度的提升显色指数，且当使用两种粉就可获得显色指数80以上，色温在3000K左右的低色温暖白。如图7为高显色低色温白光LED光谱图。
表2为采用发射波长为495nm的蓝绿色氮氧化物荧光粉和发射波长540nm的绿色荧光体配合发射波长550nm的铝酸盐荧光粉以及发射波长为645nm的红色荧光粉混合封装成LED的测试结果，结果表明采用氮氧化物荧光粉以后可以获得色温范围从2800K到7500K的显色指数大于90的高显色性白光。如图8为不同显色性及色温段白光LED。
三、 结语
高显色低色温LED室内照明产品在欧美、日本和国内发展迅速，加上在白光LED专利受封锁的形势下，我国迫切需要研发出有自主知识产权的白光LED荧光粉。在国内外市场，氮氧化物荧光粉被广泛应用，已经成为不可替代的LED专用荧光粉。为规范市场，适应产业发展需求，完善LED荧光粉产品，提高LED产业水平，推动进一步技术革新，突破国外的白光LED专利封锁，增加我国封装产品在国际市场的竞争能力，将氮氧化物荧光粉增加到LED专用荧光粉行业标准中是迫在眉睫的事。
北京宇极是国内进行氮氧化物荧光粉研发较早的单位，依靠雄厚研发实力，自主研发氮氧化物全系列荧光粉，已申请了多项国家专利和国际专利。随着LED产业的快速发展，氮氧化物荧光粉在半导体照明领域内的应用必将更加广泛。
参考文献：
1.Nakamura S and Fasol G 1997 The Blue Laser Diode: GaN Based Light Emittersand Lasers (Berlin: Springer).
2.Mueller-Mach R, Mueller G O, Krames M R. J. IEEE 8 (2002) 339.
3.Li Y Q，van Steen J E J, van Krevel J W H, Botty G, Delsing A C A, DiSalvo F J,de With G, Hintzen H T. J. Alloys Compd. 417 (2006) 273–279.
4.Hiromu W, Hiroshi W, Keiichi S, Masumi I, Naoto K. J. Electrochem. Soc. 155(3)F31-F36 (2008).
5.Xie R J, Hirosaki N, Sakuma K, Kimura N. J. Phys. D: Appl. Phys. 41(2008)144013.
●北京宇极芯光光电技术有限公司 ， 北京中村宇极科技有限公司 ， 北京宇极科技发展有限公司
【2012-03-07(三菱化学投资北京中村宇极)】三菱化学的LED红粉在海外市场拥有绝对的占有率，并正在不断积极开发和推广其他各类荧光粉产品。LED荧光粉虽然只是封装材料的一种，从整个封装过程来看，用量并不大，但对封装品性能和用途起到了关键性作用，是一种战略性材料。
2011-09-26
据悉，中科院宁波材料技术与工程研究所同浙江省千人计划合作，利用微波法成功实现了低温常压下制备出高质量氮化物荧光粉。
其基本加热原理是利用原料分子与电磁场的耦合，将微波能转变为热能而加热物体，因此其较传统气压合成方法可实现材料中大区域的零梯度均匀加热、并且升温速度快、烧结时间短，有利于获得粒度分布均匀的粉体。如在1550摄氏度常压下成功的合成了高品质的白光LED用Ca-α-SiAlON:Eu2+荧光粉，该合成温度较常规气压法(1700度，0.5MPa氮气保护)相比降低了150摄氏度，并且与相同温度条件下气压法合成的该粉体的发光特性相比，其在发光强度、量子效率及热稳定性方面都有显著提高。在450nm波长激发下测试的未经优化的该荧光粉的外部量子效率可达48%，经分筛和纯化后该效率有望达到或优于商业粉的发光效率。
氮化物荧光粉绿色低成本技术的成功开发，将极大促进大功率LED照明器件及背光源显示等成本的降低，并将大规模加快我国半导体照明技术推广的进程。目前该技术已经申请了中国发明专利(201110152682.4)和PCT专利保护，并正在推动中试化生产。
三菱化工起诉美国Intermatix侵犯其红光荧光粉专利
2011-12-22
三菱化工（MCC）是位于日本东京的一家LED制造商。近日，三菱化工在韩国起诉美国Intermatix公司侵权，表示Intematix公司侵犯了其在韩国拥有的一项红光荧光粉专利，该专利归属三菱化工和国家材料科学研究院，专利号为816693。三菱化工起诉要求Intermatix公司及其韩国经销商GVP停止在韩国进口和销售该产品。
韩国首尔中央地区法院已受理此案件。
红光荧光粉是生产暖白光LED很常用的一种材料，经和其它荧光粉混合后可获得需要的光谱。816693专利所指荧光粉为氮化物类型，被称之为CASN和SCASN，CaAlSiN3:Eu是其通用配方。此专利涵盖LED、照明设备、显示器以及其它使用到该种荧光粉的产品。三菱化工表示其还拥有很多其它和CASN与SCASN相关的专利。
浅谈白光LED荧光粉
近年来能源紧缺，地球暖化，威胁人类安全，哥本哈根会议未能达成实质协议。低碳经济成为时尚的号角，具有节能环保特点的LED成为低碳经济产业的新宠。在照明领域最引人关注的事件是半导体照明的兴起。20世纪90年代中期，日本日亚化学公司的Nakamura等人经过不懈努力，突破了制造蓝光发光二极管（LED）的关键技术，并由此开发出以荧光材料覆盖蓝光LED产生白光光源的技术。半导体照明具有绿色环保、寿命超长、高效节能、抗恶劣环境、结构简单、体积小、重量轻、响应快、工作电压低及安全性好的特点，因此被誉为继白炽灯、日光灯和节能灯之后的第四代照明电光源，或称为21世纪绿色光源。美国、日本及欧洲均注入大量人力和财力，设立专门的机构推动半导体照明技术的发展。提高白光LED的发光效率，成为LED产业中芯片制造者和荧光粉工程师最为紧迫的任务。
1.荧光粉的特性
1.1.定义
荧光粉是在一定激发条件下能发光的无机粉末材料，这些材料应是粉末晶体。在人类文明史中荧光粉起着至关重要的作用，特别是在信息时代的今天，荧光粉已成为人们日常生活中不可或缺的材料，它广泛应用于货币的防伪标识，手机、电脑显示器、彩色电视荧光屏、医院胸透设备、机场安检、消防指示牌、车灯，道路照明、室内照明、工业、农业、医疗、国防、建筑、通讯、航天、高能物理等诸多领域有着广泛的用途。
1.2.激发光谱
指荧光粉在不同波长光的激发下，其发光谱线和谱带的强度或者发光效率与激发光波长的关系，如450nm或者457~462nm，465~470nm蓝光激发光谱。激发光谱不同，发光效率迥然不同。
1.3.发射光谱
指荧光粉在某一特定激发波长光的激发下，所发射的不同波长光的强度或者能量分布，以发射光的能量分布作图称为光谱能量分布图。发射光谱中强度最大的波长称为主峰。
1.4.吸收光谱
荧光粉的吸收系数Kλ随入射光波长的变化叫做吸收光谱，吸收光谱决定于荧光粉的基质，也与激活剂和掺杂材料有关。
1.5.漫反射光谱
光线投射到粗糙表面时，它向各方向反射称为漫反射。漫反射随入射波长而变化的图谱称为漫反射光谱。
1.6.外量子效率
荧光粉在一定波长的光激发下，发射的荧光光子数与激发光的光子数之比。当一束光照射到荧光粉时，一部分被反射、散射，一部分透射，其他的被吸收。只有被吸收的这部分光才能对荧光粉的发光起作用，但不是所有被吸收的各种波长光都能对发光有贡献。
1.7.中心粒径
粒径的体积累积分布中对应于50%的荧光粉的粒径，单位是μm。
1.8.温度特性
表示荧光粉的发射特性与温度的关系。通常指粉体加热到120℃并恒温10分钟时的改变量，包括发光亮度、激发波长、发射主峰及色品坐标等。
1.9.色品坐标
在RGB三原色系统中，三原色光亮度并不相同，其光亮度之比为R∶G∶B=1∶4.5907∶0.0601。在三色系统中，任何一种颜色的色刺激可用适当数量的三个原色的色刺激相匹配，每一原色的刺激量与三原色刺激总量的比称为该色的色品坐标，简称色坐标。每种表示系统有其对应的色品坐标，在CIE1931的xyz标色系统中的色坐标为
x=X/(X+Y+Z)
y=Y/(X+Y+Z)
z=Z/(X+Y+Z)
式中X，Y，Z为三基色刺激量;
x，y，z为色品坐标;
由于x+y+z=1，故由一对色品坐标(x，y)就可以表示一种颜色。
1.10.显色指数
光源在照射物体后所引起的颜色效果就称为光源的显色性。它是一个主观的定性的概念。国际照明委员会(CIE)推荐用一个色温接近于待测光源的普朗克辐射体作参照光源，并将其显示指数定为100，用8个孟塞尔(Munsel)色片做测试样品，ΔEi评定待测光源的显色指数，CIE规定光源显色指数由公式Ri=100-4.6ΔEi确定，单块色片的显色指数称为特殊显色指数Ri，光源的特殊显色指数的算术平均值称为一般显色指数Ra，光源的显色指数越高，其显色性越好。为了全面的反应光源的显色性能，CIE还规定了14个实验色。
1.11.粒径分布离散度S
指的是荧光粉试样粒度分布的相对宽度或不均匀程度的度量。定义为分布宽度与中心粒径的比值，其中分布宽度为边界粒径的一组特征粒径的差值。计算公式为
S(10,90)=(d90-d10)/d50
式中：d10为粒径的体积累积分布中对应于10%的荧光粉的粒径，单位为μm;
d50为粒径的体积累积分布中对应于50%的荧光粉的粒径，单位为μm;
d90为粒径的体积累积分布中对应于90%的荧光粉的粒径，单位为μm;
2.白光LED荧光粉介绍
2.1.白光LED荧光粉
根据色彩调配原理，单晶片型白光LED具有三种获得途径。
(1)蓝光LED搭配黄色荧光粉，这种途径是日亚封装专利的核心，所获得的白光是假白光，由460nm+560nm两条谱线组成，光色质量差，显色性不佳，是对65亿人眼的严重危害。
(2)蓝光LED搭配红色荧光粉和绿色荧光粉，该途径是由“460nm+530nm+630nm”三条谱线组成，提高了绿色光谱能量成分和红色光谱能量成分，显色性大为提高，Ra可以达到80~85~90~95，能满足通常状态光色要求，也能满足特殊情况对光色的要求。
(3)UV-LED搭配RGB三基色荧光粉，这种途径由紫外线激发，既突破了日亚专利，又可获得高显色性，是国内外的研究重点之一。
因此，白光LED荧光粉是指能被一种激发光源所激发(可见光或紫外光)而发射白光的荧光粉。
2.2. 对白光LED荧光粉的要求
(1) 必须能被可见光或者紫外光有效激发;
(2) 必须有高的外量子效率;
(3) 必须有稳定的物理化学性质，不怕酸碱，不和水，氧气，一氧化碳等反应;
(4) 必须抵抗紫外辐射，高的热淬灭温度或高的热稳定性;
(5) 必须有多品种荧光粉，便利互相搭配;
(6) 必须有优良的粉体表面形貌，晶体结构完整，有利于不同粉体相互搭配，混成白光后的色温，色坐标，显色指数符合要求，合适封装的粒径及粒径分布窄，一致性好;
(7) 无放射性，无毒、无害，对人体安全。
2.3. 荧光粉的二次特性
灯的流明效率：LED灯的发光效率通常以流明效率表示。荧光粉的主要特性就是发光特性，如何提高荧光粉的发光效率是荧光粉工程师研究的重点。
荧光粉的主体化学组成、激活剂和助熔剂的种类、浓度、晶体的形貌、晶体结构、颗粒大小，热稳定性等，都影响流明效率，在选材和合成时都得考虑。
主体晶格共价键增强，意味着阴离子跃迁能量较低。荧光粉之离子半径越大，结晶性越差。激活剂浓度过高，会产生浓度淬灭效应。当环境温度高于热淬灭温度时，将不发光。因此在荧光粉专利中，既要研究成分配方，也要研究合成工艺。
决定荧光粉转换效率的有七个因素。这七个因数是：
(1) 化学组成，即配方。要分清楚是基质和激活剂，以及哪些是激活剂和助激活剂，基质不发光，只有主激活剂和助激活剂才发光。
(2) 晶体结构和形貌。形貌无定型、扁平状、粒状、方形、球形及聚合度大小等晶体的形貌与光转换密切相关。
(3)合成工艺。传统的有固相合成法、液相合成法、固相-液相合成法和喷雾法等，合成温度也有高有低。
(4)颗粒大小及分布规律。不同的合成工艺，颗粒大小不一致，用传统固相法，破碎工艺，颗粒度分布不一致，颗粒分布宽，发光特性差，液相法颗粒一致性好，发光特性好。
(5)晶体发射光谱。是单一线光谱，或是数条线谱或窄谱或宽谱或宽带谱线。
(6)晶体发光强度。荧光粉吸光效果高，其发光强度也高，其吸光效果取决于晶体结构和形貌。晶体结构与化学组成及其摩尔数密切相关。发光强度与晶体形貌密切相关。
(7)光转换效率。在YAG+芯片的工艺中属于典型的下发射，该装置中，量子效率≤1，如何使量子效率接近或者等于1，合成工艺起决定作用，综合显示发光器件的光转换效率是流明/瓦。
由上可知，化学组成决定了光谱波长和晶体结构，形貌决定了光强、光转换效率及其寿命，合成工艺影响晶体形貌和结构，因此这八大因素是相互关联的，是同等重要的。
照明(Lighting)与显示(Display)是现今光电产业中两项极为重要的发展领域，而全球的化石能源日益枯竭，环境污染也日趋严重，能同时符合“节能与“环保双重特性的白光LED(Light emittingdiode)，其在照明与显示装置的应用潜力，近年来的确受到高度的瞩目及重视。
白光LED因具有节能与环保的双重特性，一般认为会是取代热炽灯与荧光灯的革命性光源；而荧光材料则是照明与显示装置的关键材料，尤其是自从高亮度LED蓬勃发展以来，再度又受到高度的重视。白光LED具有数种可行的制作方式，其中利用荧光粉所制作的白光LED,因具有制作简单、驱动容易、成本低廉等多项优点，未来于照明与显示等各项应用中，势必将会扮演相当重要的角色。
目前有三种较普遍的方法去制作白光LED,第一种是将红光、绿光、蓝光，三色做混光；第二种是利用紫外光LED发光然后通过红色、绿色、蓝色的荧光粉，而混合出白光；第三种则是利用蓝光打在黄色荧光粉上，混合出白光。现今之高亮度LED多数系利用多元磷化物(如InGaAlP等)或氮化物(如InGaN等)等半导体材料制作而成，其发光颜色因受发光机制与材料能隙的限制，故皆属于窄波宽的单色光。然就照明与显示之应用而言，则多数需要使用白色光源，倘若利用LED来制作白色光源，必需应用光色组合的技术，始能达成获得白光的目的。目前在白光LED之光色组合的各种可行技术当中，利用单芯片LED(Single-chip LED)结合各类型荧光材料来进行光色转变及混光作用，可谓是一种最便捷、最节省成本的方法，而其中应用无机物荧光粉(Phosphor)所制作的白光LED,一般又称为PC-White-LED(Phosphor- converted white-LED)。
LED(Blue-LED+Yellow phosphor)而言，有文献资料指出，目前此类白光LED之放射光谱中，蓝光波段部份约占白光总光能的31%,而经由荧光粉转换的黄光则占有白光总光能的69%的比例。
另一方面，若以UV-LED结合荧光粉所制作的白光LED(UV-LED+R/G/B phosphors等)而言，来自UV-LED的紫外线乃全部经由荧光粉的转换而形成可见光，故经由荧光粉转换的光能，几乎接近白光总光能的100%.根据上述分析，可以清楚地了解荧光粉在单芯片白光LED所占有的重要性及地位。
白光LED
白光LED最早乃是以蓝光LED搭配“钇铝石榴石(YAG:Ce3+;Yttrium Aluminum Garnet dopedwith Ce3+ activator)之黄光荧光粉所制成，此类白光LED的推出引起全球的瞩目，也肇始了LED应用的新纪元。事实上，白光LED除了前述之蓝光LED加上黄光荧光粉的制作方式之外，尚可以蓝光LED加上绿/红光或其它组合之荧光粉，抑或是以UV-LED加上蓝/绿/红光或其它组合之荧光粉而制成。
另外也可以直接应用数个不同光色的LED芯片制作成单体(Single-chip)白光LED,或是直接应用数个不同光色的LED组合而成白光LED模块/数组(LED module array)，虽然其驱动回路较为复杂，相对成本也较高，然在显示背光等方面的表现上，所能获致的色彩饱和度或色域特性颇佳[7],其与结合荧光粉所制作的白光LED,在应用上具有不同的考虑因素。
荧光粉在LED的应用，除了前述的白光LED之外，对于单一LED芯片所不能获得的光色如紫红光及“不饱和光等色域范围内的光色，抑或单一LED芯片之发光效率较差的光色如绿、黄光部份(约520~590 nm波段之部份光色)，皆具有应用价值。至于结合荧光粉所制作的发光二极管，可能的应用包括照明、背光源与指示/装饰等各项特殊用途之上。至于白光LED在照明与显示背光应用所须考虑的重要特性，包括：发光效能、使用寿命、色温、演色系数与色域/色彩饱和度等，国际上针对上述之重要特性，目前亦正积极地草拟或制定相关的规范与测试标准。至于白光LED之各项重要的特性及需求条件，分别说明如下。
1、发光效率
发光效率乃是光源产品的最重要特性之一。白光LED或其灯具设备系统的效率，通常以发光效率(Luminous efficacy;Lumens per watt;LPW;lm/W)来说明。
根据美国于2007年9月所公布有关固态光源灯具设备的“能源之星(ENERGY STAR?)规范，其中A类要求(Near-term applications)系根据不同的灯具设备及应用(如室内或户外)所订定，其发光效能介于20~35 lm/W之间；而B类要求(Future performance targets)所订定的发光效能则为70 lm/W.
2、使用寿命
目前LED多数以流明数衰减(Lumen depreciation)的程度来定义使用寿命，通常选择流明数衰减至原来的50%或是70%的时间(分别以L50或L70代表之)，来作为LED光源的寿命指标。针对LED的模块/数组(Module / Array)而言，目前美国能源之星规范订定住家室内应用者之L70为25,000小时、住家户外应用者之L70为25,000小时，而所有商用应用者之L70则为35,000小时。另外一项与寿命有关的特性为白光LED的颜色维持率(Colmaintenance)，美国能源之星目前规定在前述的使用寿命期间内，所有固态光源灯具设备的CIE 1976色度坐标值的变化必需小于0.007.
3、色温
色温之定义乃是依据黑体加热，当温度升高至某一程度以上时，其发光颜色会开始逐渐改变，其中各种光色所对应的温度以绝对温度K(Kelvin)来表示即为色温，而此色温曲线一般称为蒲朗克曲线(Plankian locus)。
至于不在蒲朗克曲线上之色度坐标者，通常选择曲线上之最接近的色温来代表，此称为关联色温(Correlated coltemperature;CCT)，一般可以相关的iso-CCT lines(与蒲朗克曲线相交之各线段)来辅助判定，目前美国能源之星的规范针对所有固态光源之灯具设备(All luminaries)，是将2,500K之7,000K的色温范围，在色度坐标系统(如CIE 1931)内沿着蒲朗克曲线，而区分成2,700K、3,000K、3,500K、4,000K、4,500K、5,000K、5,700K与6,500K等八项标准色温(Nominal CCT)之八个四边形区块(Quadrangles)如图4-3-4所示，对于每一个区块顶点的坐标亦有明确的定义，亦即如白光LED等固态光源之色度坐标，皆需落在这八个四边形区块内。另外一项与色温有关的特性为颜色均允度(ColSpatialUniformity)，其中不同视角所呈现的CIE 1976色度坐标值的变化必需小于0.004.
4、演色系数
演色性(Colrendition)是照明光源能展现物体颜色之忠实程度的一种能力特性，通常以演色系数(Colrendering index;CRI)作为指标，其测量标准是将标准光源(热炽灯或D65标准光源)照射物体所呈现之颜色定义为100(即100%真实色彩)，另外则以测试光源照射物体所呈现之颜色的真实程度的百分比数值(如75;即75%真实色彩)，作为此测试光源的演色系数。演色系数的测量及计算[13],乃是利用十四种标准颜色之样品(14ed Munsell samples;)求出每一种标准颜色之演色系数值。美国能源之星目前有关演色性的规定为对室内使用的所有固态光源灯具设备之演色系数不得小于75(注：原文为CRI,判断应是指Ra值)。
5、色域/色彩饱和度
色域系指彩色显示器等所能显示颜色多寡(即如显示器在CIE色度坐标系统上所能显示的颜色范围或领域)的一种特性指标，实用上亦有称为色彩饱和度。
相对于演色性之于照明光源的重要性，色域特性则是显示器展现其色彩能力的重要指标。实质上，单一白光LED是无法讨论其色域性质，因其单独本身并不具有色域之这项特性指标。
然而，当白光LED应用作为如TFT-LCD等显示器之背光源时，经由彩色滤光膜后会分解成红/绿/蓝(R/G/B)等三原色，各画素再透过这三原色的光量控制而可以展现各项色彩，而其所应用之白光LED背光源的特性，则会影响此显示器之色彩展现能力。
目前显示器的色域特性，常以NTSC(National Television System Committee)所制定的色域范围作为比较标准，其所制定之三原色的CIE 1931色度坐标(x,y)值分别为：R(0.674,0.326)、G(0.218,0.712)、B(0.140,0.080)。以目前液晶显示器之最常用的冷阴极管背光源而言，其所能展现色彩的能力仅为NTSC之72%左右，至于应用白光LED作为背光源的液晶显示器，许多厂家号称其显色能力皆已超过100%的NTSC范围。
荧光粉
各类型荧光材料之中，目前以“光致发光(Photoluminescence)荧光材料的应用最为广泛，应用于LED也是此类的材料，即所谓的光转换材料。通常，无机荧光材料乃是由“主体材料(Host materials)、“活化剂/发光中心(Activators/Luminescent centers)及其它“掺杂物(Dopants)等所组成，其中主体材料多数由硫化物、氧化物、硫氧化物、氮化物与氮氧化物等所构成，而活化剂/发光中心则主要为过渡元素或稀土族元素的离子为主，至于目前常见可应用于LED的荧光材料，
如前所述，单芯片型白光LED必需应用荧光材料，始能获得照明所需的白光，而荧光材料攸关单芯片白光LED的发光效率、安定性、演色性、色温、使用寿命等项特性，可谓是单芯片白光LED系统中相当重要的关键材料。
至于LED用荧光粉的重要特性需求包含：(1)适当的激发光谱(2)适当的放射光谱(3)高能量转换效率(4)高安定性等重要项目，而各项特性分别说明如下。
1、激发(Excitation)特性
荧光材料在白光LED的应用当中，激发波段与发光颜色的匹配，是最重要的先决条件，目前应用荧光材料所制作的白光LED,其LED之放射波长多属于近紫外线或紫、蓝光范围，是故荧光材料之适用激发特性为在350~470 nm之波段范围内，可以被UV-LED Blue-LED所激发者。
荧光材料之激发特性常以激发光谱(Photoluminescence-excitation spectrum;PLE)来判断，通常也可以用荧光光谱仪(Photoluminescence analyzer)进行量测。由于目前LED之发光光谱之波形半高宽多介于10~30 nm之间，且其发光波峰有可能会受操作因素(如温度、功率之影响)而有所迁移，故荧光材料所具有之激发波段通常越宽广越佳。
2、发光(Emission)特性
荧光材料之发光特性可以其发光光谱(Photoluminescence Spectrum;PL)来判断，其亦可利用荧光光谱仪量测获得。除此之外，发光特性亦可应用色度坐标分析仪所量测之色度坐标(CIEomaticitycoordinates)值，进行辅助判断，如此更能完整了解荧光材料之发光特性。
荧光材料在不同的应用领域，是具有不同的需求特性，例如在照明方面的应用，美国OIDA资料(8)指出610 nm(R)、540 nm(G)、460 nm(B)的三原色主波长，可能是一种理想的白光组合；另外在显示背光方面的应用，则有文献认为625 nm(R)、535 nm(G)、450 nm(B)的三原色主波长，可以表现出极致的色彩。
3、能量转换效率(Energy-conversion efficiency)
荧光材料在LED的应用当中，严格而言是必须同时考虑史托克转换效率、量子效率与光散射转换效率等诸项重要效率因素。
史托克转换效率(Stokes conversion efficiency;SE;ηSS)乃是因荧光材料于光转换的运作当中，通常是遵循一对一的光子转换程序，而由高能量的短波长光子转变成低能量的长波长光子会产生能量损失，其所呈现的能量转换效率即是所谓的史托克转换效率。而应用荧光粉制作之LED,荧光材料之激发与发光的波长差距不宜太大，否则会产生过多的史托克能量损失。
量子效率(Quantum Efficiency;QE;ηQE)则为荧光材料进行光转换的实际效率指标，其定义为：
QE =(No. of photons emitted)/(No. of photons absorbed)
亦即荧光材料的量子效率为其进行光转换所放出光子数目与其所吸收光子数目的比值。荧光材料的量子效率通常可应用荧光光谱仪结合积分球来测量，然由于荧光粉的来源、质量、激发波长及量测方式等因素的不同，各文献所报导之量子效率值常有明显差异。
在此必需特别说明的是荧光材料的效率指标，亦可以使用能量转换效率(Energy efficiency;EE;ηEE)来表示，其定义为：
EE =(Output emitted power)/(Input emitted power)= QE×SE
此为荧光材料进行光转换所释放出光能(或功率)与其所吸收光能(或功率)的比值。光散射转换效率(Scattering Efficiency)乃是荧光粉应用于LED当中，由于与封装材料之折射系数的不同，而产生光散射损失后所呈现的能量转换效率，另因在光转换的过程中，扣除光散射损失能量，才是荧光粉的吸收能量，故光散射转换效率亦有以吸收效率(Absorption Efficiency;AE;ηAE)表示之。光散射损失与相对折射率、粉体粒径与光的波长等项因素相关，而荧光粉在LED的应用当中，其损失有可能高达10~20%的总能量比例。
4、安定性(Stability)
荧光材料应用于LED的安定性，可分为环境安定性与温度安定性等不同层面进行考虑。荧光材料的环境安定性，其与所具有的化学安定性密切相关，例如荧光材料必需对于水、氧甚或紫外线等必需具有高度的安定性，如此始会具有较长的使用寿命。一般而言，硫化物系列荧光材料的环境安定性较差，其较容易受水、氧及紫外线的影响而产生劣化现象，相对地氧化物及氮化物系列荧光材料的环境安定性则较为优良。
另就温度安定性而言，许多研究发现荧光材料于光转换之运作时，常会因温度的升高而导致发光效率的降低[15],并有可能发生色漂移(Colshift)的现象。最近的相关研究[16]发现许多氮化物系列荧光材料的温度安定性颇佳，这也是氮化物系列荧光粉在目前LED的应用当中，颇受瞩目的主要原因之一。
5、白光LED与荧光粉关联性
荧光材料与单芯片白光LED之重要特性的关联性，如图4-3-6所示，由图4-3-6可以了解在利用荧光粉制作的白光LED当中，荧光粉的吸收效率或光散射转换效率、量子效率、史托克转换效率等多项因素，密切影响白光LED整体的发光效能。其中K(lm/Wo)值即是LER(Luminous efficacy of radiation)或是所谓的最高的理论效率值，是与发光光谱及人类眼睛之视效函数(Vision curve)有关，研究资料曾指出合理之白光光谱，其K值范围约介于200~400lm/Wo之间，然与此白光光谱之色温及演色性，具有密切关联性。
一般而言，在固定的色温状况下，演色性愈高者，其K值愈低；另在固定的演色性状况下，色温愈高者，其K值也愈低。另外值得特别说明的是：白光LED的发光光谱与其所选用荧光粉的种类、荧光粉的用量及配方等息息相关，而这也是影响白光LED光源之色温、演色性等光电特性的重要因素。
结语
白光LED为省能源与符合环保需求的“绿色光源，近年来的发展结果显示，白光LED作为照明与显示等项光源的时代已经来临，而应用荧光材料所制作的白光LED,因具有低成本及制作简易的诸项优点，势必成为未来白光LED的主流产品之一。