低色溫高顯色性白光LED的研究

　隨著發光二極管（LED）芯片和封裝技術的提升，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、長壽命等一系列優點，已廣泛應用于LED路燈、LED燈具等領域，是一種符合國家“節能減排”政策的綠色新光源，有望取代目前在照明領域占統治地位的熒光燈和白熾燈。熒光燈在發光過程中需利用汞蒸氣作為放電介質，對人體產生危害，2006年開始已在歐盟地區禁售。白熾燈由于電光轉換效率低，2009年9月，歐盟率先出臺白熾燈禁售的政策，各國也紛紛發布禁售的進程，使得白光LED向普通照明尤其是室內照明又前進了一大步。

　　然而，白光LED的顯色性是制約其進入室內照明，特別是閱讀照明、醫療照明的技術瓶頸。長期以來，人們采用InGaN基藍光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），可實現顯色指數高于80,但制備暖白光LED（Tc5,000K）時，由于白光LED光譜的不均衡使得人們在技術上難以同時實現低色溫和高顯色性[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，分析其優缺點，并從中總結實現低色溫、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、藍三色LED功率型芯片集成封裝在單個器件之內，調節三基色的配比，理論上可以獲得各種顏色的光。通過調整三色LED芯片的工作電流可產生寬譜帶白光[4].

　　吳海彬等人[5]自行設計的集成功率型1W白光LED色溫可以覆蓋2,700~13,000K,顯色指數均可做到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.這種方法的缺點是封裝結構比較復雜，電路實現較困難，白光穩定性較差，成本比較高。由于紅、綠、藍三種顏色LED芯片的量子效率不同，各自隨溫度和驅動電流的變化不一樣，且隨時間的衰減也不同，所以輸出白光的色度不穩定。為了使其穩定，需要對三種顏色分別加反饋電路進行補償，所以封裝結構及電路比較復雜。這種方法的優點是效率高、使用靈活，由于發光全部來自紅、綠、藍三種LED,不需要進行光譜轉換，因此其能量損失最小，效率最高。同時由于RGB三色LED可以單獨發光，且其發光強度可以單獨調節，故具有較高的靈活性[7].

　　選擇RGB三基色合成白光技術實現功率型白光LED,主要應用于顯示行業，如動態廣告牌、商業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體公司新開發出體積最小的RGB Multi-Chip LED,特別適合應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依然清晰。

　　1.2近紫外LED芯片激發熒光粉

　　采用高亮度的近紫外LED（~400nm）激發RGB三基色熒光粉，產生紅、綠、藍三基色，并通過調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芯片激發混合的三基色（紅色、綠色和藍色）熒光粉，獲得了白光LED的Tc和Ra分別為3,900K和96.