白光LED及其组合光源具有许多优点：如固体化、体积小、寿命长、抗震、不易损坏、启动响应时间快、耗电量小、无公害等,被誉为第四代照明光源,也称为21世纪绿色光源。而采用荧光粉来制备白光LED是目前发展的主流,因此荧光粉技术的进步对白光LED的发展有着非常重要的作用。

    1996年7月29日日亚化学在日本最早申报的白光LED的发明专利就是在蓝光LED芯片上涂敷YAG黄色荧光粉,通过芯片发出的蓝光与荧光粉发出的黄光互补形成白光。事实上,YAG荧光粉是一种在20世纪70年代就得到了较多研究的荧光粉,当时的主要应用领域是飞点扫描仪,主要是利用了Ce3+的发光具有超短余辉的特点。

    1999年,有研稀土公司在用于飞点扫描仪的YAG荧光粉的基础上进行改进,制备出一系列不同发射主峰波长(520纳米-560纳米)的黄色荧光粉,并成功地应用于蓝光激发的白光LED中,目前已经申请国家发明专利一项。该项工作已得到了国家“863计划”的资助,为有关白光光源提供配套的荧光材料。现在已形成了小批量的系列白光LED用YAG荧光粉产品,性能达到或超过国外产品水平,供应中国内地及台湾的十多家白光LED器件生产厂,产生了较好的社会和经济效益。

    在紫光及紫外光激发的白光LED方面,飞利浦公司于1997年5月27日在美国申报了“UV LED+荧光粉”的发光装置的发明专利,但该专利没有涉及具体的荧光粉的组成。有研稀土在2000年已经开始了紫光及紫外光激发的白光LED用荧光粉的研究,并于2001年6月分别在第五届中韩双边新材料学术研讨会和在北京的第四届国际稀土研究与应用学术研讨会上,报告了可应用于紫光及紫外光激发的白光LED的稀土三基色荧光粉的组成,这些荧光粉已在紫光及紫外光激发的白光LED中得到应用。

    美国GE公司有多项有关UV LED激发的三基色荧光粉的组成的专利。其中较早的一篇是2000年5月26日在美国申报的,该专利的公开日期是2001年7月3日。他们报道的两种蓝粉的组成与有研稀土报道的是一样的,但有研稀土的报道红粉和绿粉的发光效率比他们报道的要高。在他们后来的专利中,红粉的组成与有研稀土提出的红粉组成基本一致,仅做了些小的修改,并替代了他们原来的专利中红粉的组成。但该红粉的发光效率还是不够高,无法满足白光LED的要求,需要做进一步改进。

    为避开专利问题,有人提出了“蓝光LED+绿色荧光粉+红色荧光粉”的白光LED的结构。现在这种结构已得到广泛认同,在2003年3月美国举行的“2003全球荧光材料高峰会”上,有多家公司报道了这种结构及所用的荧光粉。有研稀土已开发出两类适用于蓝光LED的绿色荧光粉,并申请了国家发明专利一项。当前可用的红色荧光粉效率太低,必须开发新型的红色荧光粉。

    总体说来,在LED荧光粉方面近几年发展非常迅速。美国GE公司有关的专利最多,国内也有些专利报道。蓝光激发的黄色荧光粉基本上能满足目前白光LED产品的要求。但还需要进一步提高效率,降低粒度,最好能制备出球形的荧光粉。在“蓝光LED+绿色荧光粉+红色荧光粉”的结构中,绿色荧光粉的效率基本上能满足要求,但红色荧光粉的效率需要有较大的提高。在“紫外或紫光LED+三基色荧光粉”的结构中,三种荧光粉的效率都需要有较大的提高,其中红色荧光粉的效率最低。最近,在红色荧光粉方面,已经取得了一些进展,但发光效率较高的荧光粉主要是硫化物体系,稳定性较差。因此,还需要尽快研制效率高的稳定性好的荧光粉,以满足半导体照明技术发展的需要。