解析兩種主流白光大功率LED制造方法的優(yōu)劣

　 從2012起，LED燈將成為唯一替代傳統(tǒng)燈具的照明光源，可替代的燈具包括高效熒光燈和高強(qiáng)度放電燈（HID）。然而，為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，LED行業(yè)將會面臨許多挑戰(zhàn)，在美國市場調(diào)研公司（Strategies Unlimited）最新發(fā)布的報(bào)告中將對這些問題展開討論。

　 《LED照明燈具―市場分析和預(yù)測》針對LED照明燈具行業(yè)在普通照明市場上的市場驅(qū)動力和所面臨的挑戰(zhàn)做了一份詳細(xì)的評估。該評估對發(fā)展至2012年的9個(gè)照明市場做出了應(yīng)用分析和預(yù)測。 目前LED照明應(yīng)用主要包括一些小型市場，如出口標(biāo)志燈、建筑照明、重點(diǎn)照明、裝飾照明和娛樂照明，其中許多使用了紅色、綠色和藍(lán)色LED。 但是白光開始顯現(xiàn)其明顯優(yōu)勢和強(qiáng)勁潛力，白光有著巨大的市場前景。

　　白光LED的發(fā)展前景

　　白光LED燈具已開始在可選應(yīng)用領(lǐng)域中占領(lǐng)強(qiáng)有力的市場地位，比如消費(fèi)者便攜式照明（如手電筒、頭燈）和太陽能景觀照明，而且，最近更多的白光LED已開始用于特定的照明應(yīng)用領(lǐng)域，如零售展示照明、商業(yè)和工業(yè)照明，以及戶外照明。

　　在2008年，白光LED燈具的數(shù)量在整個(gè)LED照明燈具市場中僅超過50%。白光LED燈具與傳統(tǒng)燈具相比，可提供量化的能源和成本節(jié)約，這樣將會加速白光LED照明燈具在普通照明中的應(yīng)用。
　　隨著LED發(fā)光效率的提升，以及成本的下降，LED將在2010年以后，逐漸切入室內(nèi)照明領(lǐng)域，以及戶外的路燈市場。LEDinside估計(jì)，到了2012年，LED照明規(guī)模可達(dá)13億美元左右，年度增長率高達(dá)33%。

　　性能的改善

　　近年來，LED技術(shù)已經(jīng)取得了引人注目的性能提升，繼而LED照明燈具的光效也得到了改善。據(jù)StrategiesUnlimited預(yù)測，在2008至2012年間，由于高性能白光LED作為商業(yè)應(yīng)用，其光效超過100lm/W，因此，白光LED燈具的市場份額將會有所增長。

　　進(jìn)一步改進(jìn)對LED照明燈具的設(shè)計(jì)，可以優(yōu)化LED的性能，預(yù)計(jì)這將會促進(jìn)LED照明燈具市場的發(fā)展。經(jīng)濟(jì)發(fā)展與大規(guī)模的生產(chǎn)都將會進(jìn)一步降低制造成本。下面介紹制作低色溫高顯色性大功率白光LED的方法 。

制作低色溫高顯色性大功率白光LED的方法

這里介紹用大功率藍(lán)光LED芯片作為發(fā)光源，用熒光粉轉(zhuǎn)換法和紅光LED補(bǔ)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(yīng)用角度分析了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

氮化鎵，基藍(lán)色、綠色及紫外發(fā)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(lán)三基色ＬＥＤ合成、藍(lán)光ＬＥＤ＋黃色熒光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色熒光粉以及多層有機(jī)電致發(fā)光（ＯＬＥＤ）等?？紤]到技術(shù)和成本的優(yōu)勢，目前，藍(lán)光ＬＥＤ芯片＋熒光粉成為白光大功率ＬＥＤ技術(shù)的主流 。

大功率LED

通過熒光粉轉(zhuǎn)換的白光ＬＥＤ技術(shù)，由于該熒光粉的發(fā)射光譜中缺少紅光成分，難以同時(shí)實(shí)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。因此發(fā)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(lán)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(bǔ)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(lán)光ＬＥＤ芯片進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：采用大功率藍(lán)光ＬＥＤ芯片同時(shí)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，可以得到不同色溫和顯色指數(shù)的白光大功率ＬＥＤ。說明大功率LED的發(fā)光隨工作電流及紅色熒光粉含量的變化而變化。

用大功率藍(lán)光ＬＥＤ激發(fā)加黃色熒光粉，并用紅光ＬＥＤ進(jìn)行補(bǔ)償，調(diào)整大功率ＬＥＤ芯片及熒光粉的發(fā)光強(qiáng)度，結(jié)果出現(xiàn)低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。如果采用較高水平的ＬＥＤ芯片，實(shí)驗(yàn)效果會更好。該白光ＬＥＤ以紅色熒光粉的發(fā)射光譜為主，光譜峰值波長６１０ｎｍ，色坐標(biāo)ｘ０．４０９３，ｙ０．３６７８。其色溫和顯色指數(shù)為３２００Ｋ和８３．２。調(diào)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(chǎn)生的藍(lán)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(shí)大功率的色溫逐漸降低，而LED顯色指數(shù)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(lán)光，這導(dǎo)致了器件光譜中的藍(lán)光和黃光成分減少，器件整體光輸出減少。

采用大功率藍(lán)光ＬＥＤ芯片激發(fā)黃色熒光粉，同時(shí)采用高亮度小功率紅光ＬＥＤ進(jìn)行補(bǔ)償也可制備白光ＬＥＤ。為使結(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芯片上，根據(jù)實(shí)際情況，兩者可以共用Ｐ電極或Ｎ電極。實(shí)驗(yàn)中共用了１支大功率藍(lán)光ＬＥＤ芯片和５支小功率紅光ＬＥＤ芯片，在大功率藍(lán)光ＬＥＤ芯片上涂敷熒光粉時(shí)，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。

大功率藍(lán)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(lán)光ＬＥＤ同時(shí)激發(fā)黃色和紅色兩種熒光粉得到的器件水平。

采用藍(lán)光ＬＥＤ同時(shí)激發(fā)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(yōu)點(diǎn)在于兩種熒光粉混合均勻，使得ＬＥＤ器件產(chǎn)生的藍(lán)光、黃光和紅光在整個(gè)空間比較容易均勻混色，可以預(yù)期器件的空間色度均勻性較好。其缺點(diǎn)在于，目前，紅色熒光粉的量子效率較低，致使整個(gè)器件的發(fā)光效率不高，加入紅色熒光粉后，器件的發(fā)光效率幾乎降低了一半。

用藍(lán)光ＬＥＤ激發(fā)黃色熒光粉同時(shí)用紅光ＬＥＤ進(jìn)行補(bǔ)償，也可獲得低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。這種方法的優(yōu)點(diǎn)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(fā)光效率比較高。驅(qū)動電路相對復(fù)雜，不過技術(shù)上很容易實(shí)現(xiàn)。由于藍(lán)光ＬＥＤ、熒光粉和紅光ＬＥＤ構(gòu)成的是相對獨(dú)立的發(fā)光體，就單個(gè)器件來說可能存在空間顏色不均勻，但是可以通過適當(dāng)?shù)年嚵信挪挤绞浇鉀Q這一問題。低色溫，高顯色性白色大功率ＬＥＤ主要采用藍(lán)光ＬＥＤ激發(fā)黃色熒光粉并用紅光ＬＥＤ進(jìn)行補(bǔ)償，隨著紅色熒光粉量子效率和穩(wěn)定性的不斷提高，采用藍(lán)光ＬＥＤ同時(shí)激發(fā)黃色和紅色熒光粉，甚至同時(shí)激發(fā)多種熒光粉也能得到性能優(yōu)良的白光ＬＥＤ，而且驅(qū)動電路比較簡單、成本較低。