摘 要：文章介紹了在實驗中采用大功率藍光led芯片作為激發(fā)光源，分別用熒光粉轉(zhuǎn)換法和紅光led補償法制備低色溫及高顯色性白光led的方法，并從器件的性能及應(yīng)用角度分析了這兩種方法的優(yōu)缺點。
關(guān)鍵詞：大功率白光LED；低色溫；高顯色性；
１ 引言
氮化鎵（ＧａＮ）基藍色、綠色及紫外發(fā)光二極管（ＬＥＤ）的出現(xiàn)，為ＬＥＤ的應(yīng)用開辟了巨大的新市場，其中之一就是半導(dǎo)體照明。半導(dǎo)體照明的核心在于白光ＬＥＤ。
眾所周知，制作白光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?；诩夹g(shù)和成本的優(yōu)勢，目前，藍光ＬＥＤ芯片＋熒光粉成為白光ＬＥＤ技術(shù)的主流 。
長期以來，通過熒光粉轉(zhuǎn)換的白光ＬＥＤ技術(shù)，大多采用Ｃｅ３＋激活的稀土石榴石（ＹＡＧ：Ｃｅ３＋）黃色熒光粉，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(xí)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(yīng)用前景。因此無論從學(xué)術(shù)意義，還是應(yīng)用角度，發(fā)展低色溫高顯色性白光ＬＥＤ都具有十分重要的意義。
筆者在實驗中采用大功率藍光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，并對器件的發(fā)光特性進行了研究。
2 實驗內(nèi)容
采用同一批大功率藍光ＬＥＤ芯片進行了如下實驗：
（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，得到了不同色溫和顯色指數(shù)的白光ＬＥＤ。研究了器件的發(fā)光特性隨工作電流及紅色熒光粉含量的變化。
（２）用大功率藍光ＬＥＤ激發(fā)ＹＡＧ：Ｃｅ３＋黃色熒光粉，同時用紅光ＬＥＤ進行補償，通過調(diào)整ＬＥＤ芯片發(fā)射的藍光、紅光及熒光粉的發(fā)光強度，制備出低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。
需要說明的是，在這部分實驗中采用的是市場上一般水平的大功率藍光ＬＥＤ芯片，如果采用較高水平的ＬＥＤ芯片，實驗效果會更好。
３ 結(jié)果與討論
圖１給出了采用藍光ＬＥＤ芯片同時激發(fā)黃色和紅色熒光粉得到的白光ＬＥＤ的光譜分布。該白光ＬＥＤ以紅色熒光粉的發(fā)射光譜為主，光譜峰值波長位于６１０ｎｍ，色坐標(biāo)ｘ＝０．４０９３，ｙ＝０．３６７８。其色溫和顯色指數(shù)分別為３２００Ｋ和８３．２。但由于目前紅色熒光粉的轉(zhuǎn)換效率較低，在同樣的工作電流下，器件的光通量和發(fā)光效率只有１４．１ｌｍ和１２．７２ｌｍ/Ｗ。
通過調(diào)整兩種熒光粉的比例，可以得到不同色溫的白光ＬＥＤ。圖２和圖３分別給出了大功率白光ＬＥＤ的相對光譜、光通量（Φ）和顯色指數(shù)（Ｒａ）隨紅色熒光粉百分含量（Ｃ）的變化。隨著熒光粉中紅粉含量的增加，更多的紅色熒光粉吸收ＬＥＤ芯片產(chǎn)生的藍光后發(fā)生輻射躍遷并發(fā)出紅光，導(dǎo)致了相對光譜的紅移，同時器件的色溫逐漸降低，而顯色指數(shù)逐漸升高。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(dǎo)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ＧａＮ基倒裝焊大功率藍光ＬＥＤ芯片激發(fā)黃色熒光粉，同時采用ＡｌＧａＩｎＰ高亮度小功率紅光ＬＥＤ進行補償也可制備白光ＬＥＤ。圖４給出了采用這種方法制備大功率白光ＬＥＤ器件的結(jié)構(gòu)示意圖。為了使器件結(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芯片的Ｓｕｂｍｏｕｎｔ上，根據(jù)器件的實際情況，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(yīng)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。
圖５為采用紅光ＬＥＤ補償法得到的白光ＬＥＤ的發(fā)射光譜。實驗中大功率藍光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(biāo)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(yuǎn)遠(yuǎn)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。
４ 結(jié)束語
