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制作低色温高显色性大功率白光LED的方法

   
    发布日期：2009-04-20         
阅读：140     
 
 
介绍用大功率蓝光LED芯片作为发光源，用荧光粉转换法和红光LED补偿法制备低色温及高显色性白光LED的方法，并从大功率器件的性能和应用角度分析了两种方法的优缺点。
氮化镓，基蓝色、绿色及紫外发光二极管（ＬＥＤ），开辟了LED的新市场，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的方法有红、绿、蓝三基色ＬＥＤ合成、蓝光ＬＥＤ＋黄色荧光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色荧光粉以及多层有机电致发光（ＯＬＥＤ）等。考虑到技术和成本的优势，目前，蓝光ＬＥＤ芯片＋荧光粉成为白光大功率ＬＥＤ技术的主流 。
通过荧光粉转换的白光ＬＥＤ技术，由于该荧光粉的发射光谱中缺少红光成分，难以同时实现低色温和高显色性。但人们在日常生活中已经习惯了低色温（３０００Ｋ左右）的照明光源，而且高显色性光源在博物馆、外科手术等特殊照明场所有其潜在的应用前景。因此发展低色温高显色性白光大功率ＬＥＤ都有重要的意义。
采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片作为激发光源，分别用荧光粉转换法和红光ＬＥＤ补偿法制备了低色温及高显色性白光ＬＥＤ，
采用同一批大功率蓝光ＬＥＤ芯片进行实验：
（１）采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片同时激发黄色荧光粉和红色荧光粉，通过调整荧光粉中红粉的比例，可以得到不同色温和显色指数的白光大功率ＬＥＤ。说明大功率LED的发光随工作电流及红色荧光粉含量的变化而变化。
（２）用大功率蓝光ＬＥＤ激发加黄色荧光粉，并用红光ＬＥＤ进行补偿，调整大功率ＬＥＤ芯片及荧光粉的发光强度，结果出现低色温和高显色性白光ＬＥＤ。如果采用较高水平的ＬＥＤ芯片，实验效果会更好。
该白光ＬＥＤ以红色荧光粉的发射光谱为主，光谱峰值波长６１０ｎｍ，色坐标ｘ０．４０９３，ｙ０．３６７８。其色温和显色指数为３２００Ｋ和８３．２。调整两种荧光粉的比例，得到不同色温的白光ＬＥＤ。随着荧光粉中红粉含量的增加，更多的红色荧光粉吸收大功率ＬＥＤ芯片产生的蓝光后发生辐射跃迁并发出红光，导致了相对光谱的红移，同时大功率的色温逐渐降低，而LED显色指数升高。但是，由于所用红色荧光粉的量子效率较低，要产生较多的红光就必须吸收更多的蓝光，这导致了器件光谱中的蓝光和黄光成分减少，器件整体光输出减少。
采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片激发黄色荧光粉，同时采用高亮度小功率红光ＬＥＤ进行补偿也可制备白光ＬＥＤ。为使结构更为紧凑，可以将小功率红光ＬＥＤ芯片粘结在大功率ＬＥＤ芯片上，根据实际情况，两者可以共用Ｐ电极或Ｎ电极。实验中共用了１支大功率蓝光ＬＥＤ芯片和５支小功率红光ＬＥＤ芯片，在大功率蓝光ＬＥＤ芯片上涂敷荧光粉时，应尽量避免将荧光粉覆盖到红光ＬＥＤ芯片上，避免由于荧光粉的散射和吸收降低红光ＬＥＤ的光输出。
大功率蓝光ＬＥＤ采用３５０ｍＡ直流驱动，消耗的电功率为１．１５Ｗ，５支红光ＬＥＤ的工作电流均为２０ｍＡ，消耗的电功率之和为０．２２Ｗ。其色温和显色指数分别为３４５０Ｋ和９３．９，色坐标ｘ＝０．３６３０，ｙ＝０．３７２１。器件的光通量和发光效率分别为２６．６ｌｍ和１９．４２ｌｍ/Ｗ，远远高于采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色两种荧光粉得到的器件水平。
（１）采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色两种荧光粉，通过提高红色荧光粉的含量，可以获得低色温和高显色性白光ＬＥＤ。这种方法的优点在于两种荧光粉混合均匀，使得ＬＥＤ器件产生的蓝光、黄光和红光在整个空间比较容易均匀混色，可以预期器件的空间色度均匀性较好。其缺点在于，目前，红色荧光粉的量子效率较低，致使整个器件的发光效率不高，加入红色荧光粉后，器件的发光效率几乎降低了一半。
（２）用蓝光ＬＥＤ激发黄色荧光粉同时用红光ＬＥＤ进行补偿，也可获得低色温和高显色性白光ＬＥＤ。这种方法的优点在于避开了低效率红色荧光粉的使用，因此大功率LED的整体发光效率比较高。驱动电路相对复杂，不过技术上很容易实现。由于蓝光ＬＥＤ、荧光粉和红光ＬＥＤ构成的是相对独立的发光体，就单个器件来说可能存在空间颜色不均匀，但是可以通过适当的阵列排布方式解决这一问题。
低色温，高显色性白色大功率ＬＥＤ主要采用蓝光ＬＥＤ激发黄色荧光粉并用红光ＬＥＤ进行补偿，随着红色荧光粉量子效率和稳定性的不断提高，采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色荧光粉，甚至同时激发多种荧光粉也能得到性能优良的白光ＬＥＤ，驱动电路比较简单。
 

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