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GaN基低色温高显色白光LED

上传人:LEDth/整理

上传时间: 2014-10-08

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作者王峰/黄小辉/王怀兵/刘建平/范亚明/祝运芝/金铮
单位中国科学院苏州纳米技术与纳米仿生研究/.苏州君耀光电有限公司
分类号O482.3
发表刊物光谱学与光谱分析
发布时间2011年6月

  引言

  发光二极管(LED)作为一种新型光源,具有体积小、效率高、寿命长、节能、抗震动能力强、响应时问快、无污染等优点,这些优点都会给人带来便利,被人们称为第四代固体照明光源,广泛应用于医疗,电子通讯,科研,显示等领域nm。目前,在相同的照明条件下,其能耗仅为白炽灯的20%,荧光灯的50%。到2020年,即使只将50%的白炽灯和荧光灯替换为白光LED,至少可以节约一半的照明用电,减少c02排放3亿5千万吨,节能和环保效果将十分明显。

  理想的白光LED是采用红、绿、蓝三基色发光二极管来合成[如图1(a)],三色二极管的光强度可分开控制,形成全彩的变色效果,并可通过波长和强度的选择来得到较佳的演色性,但由于使用的三个二极管都是热源,散热是其他封装形式的三倍,芯片光效更会随温度的上升而明显的下降,并造成其寿命的缩短。为了解决散热,多个小组研制出单芯片型白光LEDs,中国台湾Chen等采用有源层中不同的量子阱,用不同的In组分来控制发光波长,他们在蓝宝石衬底上依次生长InGaN/GaN蓝光LEDs和InGaN/GaN绿光LEDs结构,当注入电流小于200 mA时,得到了接近白光的发射光谱,但色温却高达9 000 K。北京工业大学Guo等则采用键合技术制作GaAs/GaN白光LEDs[8J。然而,由于三种i卷片的量子效率各不相同,衰减也不同,最终造成出光颜色不稳定。日本日亚公司(Nichia Co.)首先提出采用460 nlTl蓝光激发YAG黄光荧光粉来得到白光LED,YAG荧光粉通过吸收一部分蓝光来激发黄光,黄光与没被吸收的蓝光混合产生白光[如图1(b)],这种方法因其结构简单,容易制作,加上YAG荧光粉制作工艺的成熟,已经广泛应用到自光LED的生产领域,但也存在几个重要问题很长时问无法解决,首先是均匀度问题,由于参与自光配色的蓝光芯片波长的偏移、强度的变化以及荧光粉涂料厚度的改变均会影响其出光均匀度[11。”],其次由于激发的发光光谱中缺少红色波段成分,其白光色温偏高(4 000~7 000 K)、演色性偏低等问题,限制其在医疗、显示等对色域要求高的领域中的应用。用紫外光配上三色(RGB)荧光粉提供了另一个研发方向[如图1(c)],其方法主要是利用实际上不参与配出白光的紫外LEDs激发红、绿、蓝荧光粉,再由三色荧光粉发出的三色光配成白光LED。由于紫外二极管不参与白光的配色,因此其波长与强度的波动对出光稳定性而言不会影响太大,通过调整各色荧光粉的配比,虽然可得到理想的色温和演色性,但激发三色荧光粉的紫外光波长(荧光粉最佳转换效率之激发波长)很难选择,由于荧光粉在Stocks变换中存在能量损失,用高能量的uV光子激发低能量的红、绿、蓝光子造成光效比较低,且封装材料在紫外光下易老化,寿命短,还存在紫外线泄露的安全隐患。

  采用440 nm短波长InGaN/GaN蓝光LED芯片激发高效红、绿荧光粉制得低色温高显色性自光LED是变现自光LED。用这种方法既可避免紫外光激发带来的一系列问题.又可得到较好的色温和演色性.通过实验对比,阐述了本文对所制LED在色温喝色域方面的优势,研究了胶粉配比对LED显色指数和光效的影响。我们同时研究了低色温下色温随注入电流的变化。

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