低色溫高顯色性白光LED的研究

　隨著發(fā)光二極管（LED）芯片和封裝技術(shù)的提升，白光LED作為普通照明光源逐步受到人們的青睞。它具有低壓、低功耗、高可靠性、長壽命等一系列優(yōu)點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于LED路燈、LED燈具等領(lǐng)域，是一種符合國家“節(jié)能減排”政策的綠色新光源，有望取代目前在照明領(lǐng)域占統(tǒng)治地位的熒光燈和白熾燈。熒光燈在發(fā)光過程中需利用汞蒸氣作為放電介質(zhì)，對人體產(chǎn)生危害，2006年開始已在歐盟地區(qū)禁售。白熾燈由于電光轉(zhuǎn)換效率低，2009年9月，歐盟率先出臺白熾燈禁售的政策，各國也紛紛發(fā)布禁售的進(jìn)程，使得白光LED向普通照明尤其是室內(nèi)照明又前進(jìn)了一大步。

　　然而，白光LED的顯色性是制約其進(jìn)入室內(nèi)照明，特別是閱讀照明、醫(yī)療照明的技術(shù)瓶頸。長期以來，人們采用InGaN基藍(lán)光LED芯片和Ce3+激活的稀土石榴石（YAG:Ce3+）黃色熒光粉組合來制備冷白光LED（Tc>5,000K），可實(shí)現(xiàn)顯色指數(shù)高于80,但制備暖白光LED（Tc5,000K）時(shí)，由于白光LED光譜的不均衡使得人們在技術(shù)上難以同時(shí)實(shí)現(xiàn)低色溫和高顯色性[1-3].

　　本文通過探討制備低色溫、高顯色性大功率白光LED的方法，分析其優(yōu)缺點(diǎn)，并從中總結(jié)實(shí)現(xiàn)低色溫、高顯色大功率白光LED的最佳方案。

　　1 制備低色溫高顯色性白光LED的方法

　　1.1RGB三基色芯片混合成白光

　　將紅、綠、藍(lán)三色LED功率型芯片集成封裝在單個(gè)器件之內(nèi)，調(diào)節(jié)三基色的配比，理論上可以獲得各種顏色的光。通過調(diào)整三色LED芯片的工作電流可產(chǎn)生寬譜帶白光[4].

　　吳海彬等人[5]自行設(shè)計(jì)的集成功率型1W白光LED色溫可以覆蓋2,700~13,000K,顯色指數(shù)均可做到80以上。Yoshi Ohno等人[6]通過模擬仿真三基色芯片和四基色芯片LED模型獲得了色溫Tc為3,000~4,000K、顯色指數(shù)Ra分別為80~89和90以上的白光，也就是說通過多芯片集成的方法能獲得低色溫高顯色性的白光LED.這種方法的缺點(diǎn)是封裝結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，電路實(shí)現(xiàn)較困難，白光穩(wěn)定性較差，成本比較高。由于紅、綠、藍(lán)三種顏色LED芯片的量子效率不同，各自隨溫度和驅(qū)動(dòng)電流的變化不一樣，且隨時(shí)間的衰減也不同，所以輸出白光的色度不穩(wěn)定。為了使其穩(wěn)定，需要對三種顏色分別加反饋電路進(jìn)行補(bǔ)償，所以封裝結(jié)構(gòu)及電路比較復(fù)雜。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是效率高、使用靈活，由于發(fā)光全部來自紅、綠、藍(lán)三種LED,不需要進(jìn)行光譜轉(zhuǎn)換，因此其能量損失最小，效率最高。同時(shí)由于RGB三色LED可以單獨(dú)發(fā)光，且其發(fā)光強(qiáng)度可以單獨(dú)調(diào)節(jié)，故具有較高的靈活性[7].

　　選擇RGB三基色合成白光技術(shù)實(shí)現(xiàn)功率型白光LED,主要應(yīng)用于顯示行業(yè)，如動(dòng)態(tài)廣告牌、商業(yè)等大型和超大型全色顯示屏的信息顯示。2009年5月份歐司朗光電半導(dǎo)體公司新開發(fā)出體積最小的RGB Multi-Chip LED,特別適合應(yīng)用于大尺寸高分辨率的全彩屏幕，確保畫面在近距離觀看時(shí)依然清晰。

　　1.2近紫外LED芯片激發(fā)熒光粉

　　采用高亮度的近紫外LED（~400nm）激發(fā)RGB三基色熒光粉，產(chǎn)生紅、綠、藍(lán)三基色，并通過調(diào)整三色熒光粉的配比可以形成白光[4].

　　Katsuya Kobashi等人[8]采用405nm近紫外LED芯片激發(fā)混合的三基色（紅色、綠色和藍(lán)色）熒光粉，獲得了白光LED的Tc和Ra分別為3,900K和96.