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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
    發布日期:2009-04-20         
閱讀:61     
 
 
介紹用大功率藍光LED芯片作為發光源,用熒光粉轉換法和紅光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缺點。
氮化鎵,基藍色、綠色及紫外發光二極管(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光(OLED)等。考慮到技術和成本的優勢,目前,藍光LED芯片+熒光粉成為白光大功率LED技術的主流 。
通過熒光粉轉換的白光LED技術,由于該熒光粉的發射光譜中缺少紅光成分,難以同時實現低色溫和高顯色性。但人們在日常生活中已經習慣了低色溫(3000K左右)的照明光源,而且高顯色性光源在博物館、外科手術等特殊照明場所有其潛在的應用前景。因此發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芯片作為激發光源,分別用熒光粉轉換法和紅光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芯片同時激發黃色熒光粉和紅色熒光粉,通過調整熒光粉中紅粉的比例,可以得到不同色溫和顯色指數的白光大功率LED。說明大功率LED的發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激發加黃色熒光粉,并用紅光LED進行補償,調整大功率LED芯片及熒光粉的發光強度,結果出現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。其色溫和顯色指數為3200K和83.2。調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芯片產生的藍光后發生輻射躍遷并發出紅光,導致了相對光譜的紅移,同時大功率的色溫逐漸降低,而LED顯色指數升高。但是,由于所用紅色熒光粉的量子效率較低,要產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。為使結構更為緊湊,可以將小功率紅光LED芯片粘結在大功率LED芯片上,根據實際情況,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。其色溫和顯色指數分別為3450K和93.9,色坐標x=0.3630,y=0.3721。器件的光通量和發光效率分別為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。這種方法的優點在于兩種熒光粉混合均勻,使得LED器件產生的藍光、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,致使整個器件的發光效率不高,加入紅色熒光粉后,器件的發光效率幾乎降低了一半。
(2)用藍光LED激發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的整體發光效率比較高。驅動電路相對復雜,不過技術上很容易實現。由于藍光LED、熒光粉和紅光LED構成的是相對獨立的發光體,就單個器件來說可能存在空間顏色不均勻,但是可以通過適當的陣列排布方式解決這一問題。
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定性的不斷提高,采用藍光LED同時激發黃色和紅色熒光粉,甚至同時激發多種熒光粉也能得到性能優良的白光LED,驅動電路比較簡單。
 

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