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制作低色溫高顯色性大功率白光LED的方法

    作者：宏拓新軟件
    發(fā)布日期：2009-04-20         
閱讀：17     
 
 
介紹用大功率藍光LED芯片作為發(fā)光源，用熒光粉轉(zhuǎn)換法和紅光LED補償法制備低色溫及高顯色性白光LED的方法，并從大功率器件的性能和應用角度分析了兩種方法的優(yōu)缺點。
氮化鎵，基藍色、綠色及紫外發(fā)光二極管（ＬＥＤ），開辟了LED的新市場，大功率LED照明。大功率LED照明的核心在于白光大功率ＬＥＤ。
制作白光大功率ＬＥＤ的方法有紅、綠、藍三基色ＬＥＤ合成、藍光ＬＥＤ＋黃色熒光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色熒光粉以及多層有機電致發(fā)光（ＯＬＥＤ）等。考慮到技術(shù)和成本的優(yōu)勢，目前，藍光ＬＥＤ芯片＋熒光粉成為白光大功率ＬＥＤ技術(shù)的主流 。
通過熒光粉轉(zhuǎn)換的白光ＬＥＤ技術(shù)，由于該熒光粉的發(fā)射光譜中缺少紅光成分，難以同時實現(xiàn)低色溫和高顯色性。但人們在日常生活中已經(jīng)習慣了低色溫（３０００Ｋ左右）的照明光源，而且高顯色性光源在博物館、外科手術(shù)等特殊照明場所有其潛在的應用前景。因此發(fā)展低色溫高顯色性白光大功率ＬＥＤ都有重要的意義。
采用大功率藍光ＬＥＤ芯片作為激發(fā)光源，分別用熒光粉轉(zhuǎn)換法和紅光ＬＥＤ補償法制備了低色溫及高顯色性白光ＬＥＤ，
采用同一批大功率藍光ＬＥＤ芯片進行實驗：
（１）采用大功率藍光ＬＥＤ芯片同時激發(fā)黃色熒光粉和紅色熒光粉，通過調(diào)整熒光粉中紅粉的比例，可以得到不同色溫和顯色指數(shù)的白光大功率ＬＥＤ。說明大功率LED的發(fā)光隨工作電流及紅色熒光粉含量的變化而變化。
（２）用大功率藍光ＬＥＤ激發(fā)加黃色熒光粉，并用紅光ＬＥＤ進行補償，調(diào)整大功率ＬＥＤ芯片及熒光粉的發(fā)光強度，結(jié)果出現(xiàn)低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。如果采用較高水平的ＬＥＤ芯片，實驗效果會更好。
該白光ＬＥＤ以紅色熒光粉的發(fā)射光譜為主，光譜峰值波長６１０ｎｍ，色坐標ｘ０．４０９３，ｙ０．３６７８。其色溫和顯色指數(shù)為３２００Ｋ和８３．２。調(diào)整兩種熒光粉的比例，得到不同色溫的白光ＬＥＤ。隨著熒光粉中紅粉含量的增加，更多的紅色熒光粉吸收大功率ＬＥＤ芯片產(chǎn)生的藍光后發(fā)生輻射躍遷并發(fā)出紅光，導致了相對光譜的紅移，同時大功率的色溫逐漸降低，而LED顯色指數(shù)升高。但是，由于所用紅色熒光粉的量子效率較低，要產(chǎn)生較多的紅光就必須吸收更多的藍光，這導致了器件光譜中的藍光和黃光成分減少，器件整體光輸出減少。
采用大功率藍光ＬＥＤ芯片激發(fā)黃色熒光粉，同時采用高亮度小功率紅光ＬＥＤ進行補償也可制備白光ＬＥＤ。為使結(jié)構(gòu)更為緊湊，可以將小功率紅光ＬＥＤ芯片粘結(jié)在大功率ＬＥＤ芯片上，根據(jù)實際情況，兩者可以共用Ｐ電極或Ｎ電極。實驗中共用了１支大功率藍光ＬＥＤ芯片和５支小功率紅光ＬＥＤ芯片，在大功率藍光ＬＥＤ芯片上涂敷熒光粉時，應盡量避免將熒光粉覆蓋到紅光ＬＥＤ芯片上，避免由于熒光粉的散射和吸收降低紅光ＬＥＤ的光輸出。
大功率藍光ＬＥＤ采用３５０ｍＡ直流驅(qū)動，消耗的電功率為１．１５Ｗ，５支紅光ＬＥＤ的工作電流均為２０ｍＡ，消耗的電功率之和為０．２２Ｗ。其色溫和顯色指數(shù)分別為３４５０Ｋ和９３．９，色坐標ｘ＝０．３６３０，ｙ＝０．３７２１。器件的光通量和發(fā)光效率分別為２６．６ｌｍ和１９．４２ｌｍ/Ｗ，遠遠高于采用藍光ＬＥＤ同時激發(fā)黃色和紅色兩種熒光粉得到的器件水平。
（１）采用藍光ＬＥＤ同時激發(fā)黃色和紅色兩種熒光粉，通過提高紅色熒光粉的含量，可以獲得低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。這種方法的優(yōu)點在于兩種熒光粉混合均勻，使得ＬＥＤ器件產(chǎn)生的藍光、黃光和紅光在整個空間比較容易均勻混色，可以預期器件的空間色度均勻性較好。其缺點在于，目前，紅色熒光粉的量子效率較低，致使整個器件的發(fā)光效率不高，加入紅色熒光粉后，器件的發(fā)光效率幾乎降低了一半。
（２）用藍光ＬＥＤ激發(fā)黃色熒光粉同時用紅光ＬＥＤ進行補償，也可獲得低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。這種方法的優(yōu)點在于避開了低效率紅色熒光粉的使用，因此大功率LED的整體發(fā)光效率比較高。驅(qū)動電路相對復雜，不過技術(shù)上很容易實現(xiàn)。由于藍光ＬＥＤ、熒光粉和紅光ＬＥＤ構(gòu)成的是相對獨立的發(fā)光體，就單個器件來說可能存在空間顏色不均勻，但是可以通過適當?shù)年嚵信挪挤绞浇鉀Q這一問題。
低色溫，高顯色性白色大功率ＬＥＤ主要采用藍光ＬＥＤ激發(fā)黃色熒光粉并用紅光ＬＥＤ進行補償，隨著紅色熒光粉量子效率和穩(wěn)定性的不斷提高，采用藍光ＬＥＤ同時激發(fā)黃色和紅色熒光粉，甚至同時激發(fā)多種熒光粉也能得到性能優(yōu)良的白光ＬＥＤ，驅(qū)動電路比較簡單。
 

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