藍(lán)光加熒光粉制作白光LED
R.Mueller-Mach等人用理論計(jì)算出,當(dāng)LED與熒光粉發(fā)光功率不同比例時(shí),460nm藍(lán)光LED加YAG:Ce熒光粉所產(chǎn)生白光的色溫CCT值、演色性Ra值及發(fā)光效率列在圖4的插表中,圖4是其光譜圖。當(dāng)色溫大于5000K時(shí),Ra>80。圖5(a)是同一成分P7193熒光粉所產(chǎn)生白光的CCT分布圖及其Ra值,圖5(b)則是同一波長藍(lán)光LED但成分不同的YAG熒光粉所產(chǎn)生白光的CCT分布圖及其Ra值,由圖可知,Ra的值均在60~80范圍的值,似乎不太理想。
R.Mueller-Mach等人又用理論計(jì)算出,pn結(jié)溫度對(duì)1-pcLED的影響,其結(jié)果如圖6 (a)所示,圖6 (b)是實(shí)驗(yàn)結(jié)果,兩者頗為相近,由圖可見,溫度上升時(shí),色溫及Ra值均上升。
M.R.Kramas等人發(fā)現(xiàn),如果將熒光粉隨意放在LED芯片上,如圖7(a)所示發(fā)光均勻性不佳,所以改變方式如圖7(b)所示,將熒光粉均勻地涂在LED表面上,圖7(c)則比較兩者的CCT及Ra值,發(fā)現(xiàn)用圖7(b)方法者其CCT值變動(dòng)甚少。圖8是Lumiled公司2002年發(fā)表的最佳白光結(jié)果,光輸出在350mA時(shí)大于40 lm。
YAG:Ce熒光粉因?yàn)槿鄙偌t色,所以Ra值不高,G.O.Mueller等人加強(qiáng)YAG:Ce的紅色使Ra值>90,其光譜如圖9所示。
因?yàn)橐粋€(gè)熒光粉的Ra值較低,R.Mueller-Mach等人利用了兩種熒光粉,一種熒光粉產(chǎn)生綠光TG:Eu(SrGa2S4:Eu2+),另一種熒光粉產(chǎn)生紅光SrS:Eu2+,圖10是此兩種熒光粉的激發(fā)及輻射光譜。圖11所示是TG:Eu熒光粉特性以及激發(fā)與輻射光譜。
R.Mueller-Mach等人又用理論計(jì)算出,在藍(lán)光LED加以上兩種熒光粉后的、在不同B/G/R發(fā)光功率時(shí)的光譜,如圖12所示,圖中有插表,可見其Ra值大于90。圖13是藍(lán)光LED及TG:Eu與SrS:Eu熒光粉在CIE色度圖中的位置。圖14所示是實(shí)驗(yàn)結(jié)果,圖14(a)是用不同R/G/B發(fā)光功率做成白光的光譜,Ra>85,CCT=3200~4400K,圖14(b)是2pcLED的Ra與CCT值的關(guān)系,大部分Ra大于80。
H.Wu等人用SrGaS4:Eu2+作藍(lán)色熒光粉、用Ga1-xSrxS:Eu2+作紅色熒光粉得到的白光LED的CCT約為5937K,Ra約為92.2,K約為15 lm/W。
最近R.Mueller-Mach等人用6組兩種熒光粉、用Ga1-xSrxS:Eu2+作紅色熒光粉得到CCT=3000K的白光,這6種組合的光譜如圖15所示,圖中附表是此6種組合產(chǎn)生的白光在3000K時(shí)的Ra及發(fā)光效率K值,并有詳細(xì)的R1到R8值及平均值Ra,另附有R9值以表示其紅色的反應(yīng)在32~86之間,紅色似乎不夠高。
因?yàn)?pc缺乏紅色,所以R.Mueller-Mach等人在YAG:Ce熒光粉上加深紅色熒光粉CaS:Eu2+改變其比例,得到如圖16所示的不同色溫的光譜,圖中附表有R1到R8的值及Ra平均值,以及R1至R14的R平均值,在CCT 2880K時(shí)Ra約為91.9、R約為88.9, CCT=3300K時(shí)Ra約為93.2、R約為90.9,CCT=3800K時(shí),Ra約為94.4、R約為92.8。
Nichia公司的I.NiKi等人利用最新發(fā)展的藍(lán)光LED(19.3mW@20mA,ηext~35.8%)與YAG熒光粉制成高功率白光LED,其光強(qiáng)度、發(fā)光效率與電流的關(guān)系如圖17(a)所示,CCT=5470K,ηL=61.4 lm/W,在CIE色度圖中的坐標(biāo)是當(dāng)0.333mA、0.346mA、20mA時(shí)4.22 lm(3.44V),比白熾燈亮四倍,在低電流時(shí)ηL約為 100 lm/W。圖17(b)所示是Ra值與色溫CCT的關(guān)系,在色溫高是Ra尚可,但是在低色溫時(shí),Ra因缺少紅色而下降。本想建議用有硫(S)的熒光粉以增加紅色,但因有硫的材料不穩(wěn)定故另行發(fā)展了新的熒光粉,圖17(c)中比較了短YAG(黃光540nm)、長YAG(黃光570nm)及新的紅色熒光粉(655nm)的PLE光譜,圖17(d)是短YAG、長YAG、新的紅色熒光粉受藍(lán)光激發(fā)時(shí)的放射光譜。
圖18(a)中比較了高演色性白光LED與目前已商品化的白光LED的光譜,高演色性白光LED是在藍(lán)光LED上加短YAG及新的紅熒光粉而制成的。由圖可知,高演色性白光LED的紅色部分增加。圖18(b)中比較此兩種LED的演色性,可見高演色性白光LED的Ra值較高,圖18(c)中則比較高功率及高演色性白光LED的光譜,這兩種LED是比較暖和的白光LED,高功率白光LED在20mA時(shí)1.49 lm,CCT約為2810K,ηL約為23.1 lm/W,Ra=72.5,高演色性白光LED在20mA時(shí)1.23 lm,CCT約為2830K,ηL約為18.9 lm/W,Ra=87.5。圖18(d)中比較高及高演色性白光LED的Ra值,高演色性白光LED的Ra值較高。
最近H.Y.Chou等人在藍(lán)光LED上加YAG熒光粉得到的Ra值約為70,然后再加上625nm紅光LED或者617nm紅橘光LED,將Ra值提高到80以上,而CCT接近3500K。
評(píng)論