摘要：文章報告和分析了8000K、6400K、5000K和4000K四種色溫的白光led的發(fā)射光譜、色品質和顯色性等特性，它們與工作條件密切相關。隨著正向電流IF的增加，色品坐標x和y值逐漸減小，色溫增大，發(fā)生色漂移，而光通量呈亞線性增加，光效逐漸下降。由于在白光led中發(fā)生光轉換過程，產生光吸收的輻射傳遞，致使白光中InGaN芯片的藍色EL光譜的形狀和發(fā)射峰發(fā)生變化。白光LED的特性在很大程度上受InGaN藍光led芯片性能的制約。人們可以實現(xiàn)8000-4000K四種色溫白光LED，顯色指數(shù)高，且制作的白光LED的色容差可以達到很小，實現(xiàn)優(yōu)質的白光照明光源。
從上世紀90年代末到現(xiàn)在，白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)和快速發(fā)展，引起人們極大的熱情，白光LED具有低壓、低功耗、高可靠，長壽命及固體化等優(yōu)點。其量大的吸引力和期望是作為繼白熾燈泡、熒光燈及高強度氣體放電燈（HID）后的第四代照明新光源——具有龐大的照明市場和顯著的節(jié)能前景的光源，是符合環(huán)保、節(jié)能要求的綠色照明光源。因此，受到日美和歐洲各國政府和商家的重視，他們制定發(fā)展規(guī)劃和目標，且大集團公司在技術和資金上進行聯(lián)合和重組。2003年6月我國政府也推出“半導體照明工程”，以期大力推動我國白光LED的發(fā)展。
盡管短短的幾年來，白光LED的研發(fā)和應用取得舉世矚目的成績，但目前還存在諸多問題，只能用于一些特殊的領域中。我們注意到，目前普通的白光LED與用作照明光源白光LED的概念是有質的差異，并不是越“白”越好。人們對用作照明的白光光源有著嚴格的要求，國際和我國早已制定標準。照明光源有六個嚴格的標準色溫區(qū)：6400K、5000K、4000K、3450K、2900K及2700K及其相應的色域，照明光源的色品質參數(shù)是相互關聯(lián)的。必須同時得到滿中，方可稱為合格的照明光源。盡管目前作為照明光源——白光LEDs還沒有國際CIE標準及中國的國家標準，但是應當參照國際CIE和中國國家標準來要求和指導白光LEDs新照明光源的發(fā)展和應用。迄今有關不同色溫度，高顯色性白光LED的色品質和光譜特性報道欠缺。本文按照國家照明光源標準，報告和分析所研發(fā)的8000-4000K不同色溫的白光LED的發(fā)射光譜、色品質及光電特性。
1、 實現(xiàn)相關色溫原理和實驗
從市場上可以很方便地購得多家公司提供的不同等級的InGaN藍光led芯片。這些芯片樣品可分為發(fā)射波長455-460nm、460-465nm及465-470nm；光強一般在40mcd以上。藍芯片尺寸大多為320X320um左右。依據(jù)發(fā)光學光轉換和色度學原理，采用藍光LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的熒光粉有機組合成白光LED技術實現(xiàn)白光。熒光粉選擇是多樣性的，可以是一種黃色熒光粉或黃色和紅色混合熒光粉。調控各發(fā)光顏色強度比，實現(xiàn)各種色溫的白光。將含有熒光粉的優(yōu)質高透過率樹脂膠仔細涂覆在藍芯片周圍，用常規(guī)的封裝工藝和環(huán)氧樹脂封裝成常規(guī)Ф5mm子彈型和半球型白光LED。白光LED的發(fā)射光譜，色品技及其他光電特性由浙大三色儀器有限公司生產的型號為SPR-920D型光譜輻射分析儀測試記錄。該儀器配有一個0.5m的積分球及直流電源。所有實驗均在室溫下進行，白光LED的發(fā)射光譜在正向電流IF=20mA下測試。
2、 不同色溫白光LED的光譜特性
2．1 8000K的白光LED
7000-10000K白光呈現(xiàn)發(fā)藍高色溫的白光。在照明光源標準中沒有這個標準。它是不能有作普通家庭照明光源的。這種高色溫發(fā)藍的白光LED可以用于要求不嚴的特殊照明和指示中，有一定用途。圖1給出相關色溫為8070K的半球Ф5白光LED的發(fā)射光譜。它是由InGaN藍光LED的電致發(fā)光光譜和稀土YAG：Ce體系黃色熒光體被藍光激發(fā)的光致發(fā)光光譜所組成，兩光譜的本質是不同的。這樣構成相關色溫為8070K的發(fā)藍的白光光譜，色品坐標x=0.2979，y=0.2939，在黑體軌跡的附近。
2．2 6400K的白光LED
圖2是在正向電流IF=20mA下的色溫為6450K的白光LED的發(fā)射光譜。它是屬于色溫為6400K的日光色。是目前照明光源使用的最廣泛的色溫之一。其光譜所組成。和圖1光譜相比，黃成份的光譜增強，色溫降低。此時白光LED中的藍光EL光譜和只有InGaN LED的藍光光譜相比是有差異的，因為發(fā)生熒光體高效的吸收藍光和光轉換的輻射傳遞。而這種光吸收（激發(fā)）與熒光體的激發(fā)光譜密切相關。由于這種熒光體光轉換過程致使白光LED中的藍光光譜的能量分布、發(fā)射峰以及半高寬等性質發(fā)生變化。所涂覆的熒光粉越多，藍色光譜變化越嚴重，在低色溫的白光LED中更為明顯。
該白光LED的色品坐標X=0.3146，Y=0.3360，它們落在CIE標準色度圖6400K標準色溫的色容差圖的最內圈，其色容差1.9，很滿意，顯色指數(shù)Ra為82，完全符合照明光源的要求。
2．3 5000K的白光LED
色溫5118K的白光LED的發(fā)射光譜（如圖3所示），它屬于標準色溫為500
