解析两种主流白光大功率LED制造方法的优劣

LED照明市场的迅猛发展，其应用范围已从单一颜色和颜色变换应用，发展到普通照明应用，如住宅、商业和离网照明应用，并最终发展成为户外照明应用。据Strategies Unlimited预测，2012年LED照明市场将突破50亿美元，相当于2008到2012年28%的复合年均增长率（CAGR）。　

  　 从2012起，LED灯将成为唯一替代传统灯具的照明光源，可替代的灯具包括高效荧光灯和高强度放电灯（HID）。然而，为了实现这一目标，LED行业将会面临许多挑战，在美国市场调研公司（Strategies Unlimited）最新发布的报告中将对这些问题展开讨论。
 
　 《LED照明灯具―市场分析和预测》针对LED照明灯具行业在普通照明市场上的市场驱动力和所面临的挑战做了一份详细的评估。该评估对发展至2012年的9个照明市场做出了应用分析和预测。 目前LED照明应用主要包括一些小型市场，如出口标志灯、建筑照明、重点照明、装饰照明和娱乐照明，其中许多使用了红色、绿色和蓝色LED。 但是白光开始显现其明显优势和强劲潜力，白光有着巨大的市场前景。

　　白光LED的发展前景

　　白光LED灯具已开始在可选应用领域中占领强有力的市场地位，比如消费者便携式照明（如手电筒、头灯）和太阳能景观照明，而且，最近更多的白光LED已开始用于特定的照明应用领域，如零售展示照明、商业和工业照明，以及户外照明。

　　在2008年，白光LED灯具的数量在整个LED照明灯具市场中仅超过50%。白光LED灯具与传统灯具相比，可提供量化的能源和成本节约，这样将会加速白光LED照明灯具在普通照明中的应用。
　　随着LED发光效率的提升，以及成本的下降，LED将在2010年以后，逐渐切入室内照明领域，以及户外的路灯市场。LEDinside估计，到了2012年，LED照明规模可达13亿美元左右，年度增长率高达33%。

　　性能的改善

　　近年来，LED技术已经取得了引人注目的性能提升，继而LED照明灯具的光效也得到了改善。据StrategiesUnlimited预测，在2008至2012年间，由于高性能白光LED作为商业应用，其光效超过100lm/W，因此，白光LED灯具的市场份额将会有所增长。

　　进一步改进对LED照明灯具的设计，可以优化LED的性能，预计这将会促进LED照明灯具市场的发展。经济发展与大规模的生产都将会进一步降低制造成本。下面介绍制作低色温高显色性大功率白光LED的方法 。

         制作低色温高显色性大功率白光LED的方法 
 
        这里介绍用大功率蓝光LED芯片作为发光源，用荧光粉转换法和红光LED补偿法制备低色温及高显色性白光LED的方法，并从大功率器件的性能和应用角度分析了两种方法的优缺点。

        氮化镓，基蓝色、绿色及紫外发光二极管（ＬＥＤ），开辟了LED的新市场，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的方法有红、绿、蓝三基色ＬＥＤ合成、蓝光ＬＥＤ＋黄色荧光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色荧光粉以及多层有机电致发光（ＯＬＥＤ）等。考虑到技术和成本的优势，目前，蓝光ＬＥＤ芯片＋荧光粉成为白光大功率ＬＥＤ技术的主流 。

大功率LED

        通过荧光粉转换的白光ＬＥＤ技术，由于该荧光粉的发射光谱中缺少红光成分，难以同时实现低色温和高显色性。但人们在日常生活中已经习惯了低色温（３０００Ｋ左右）的照明光源，而且高显色性光源在博物馆、外科手术等特殊照明场所有其潜在的应用前景。因此发展低色温高显色性白光大功率ＬＥＤ都有重要的意义。

        采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片作为激发光源，分别用荧光粉转换法和红光ＬＥＤ补偿法制备了低色温及高显色性白光ＬＥＤ，采用同一批大功率蓝光ＬＥＤ芯片进行实验：采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片同时激发黄色荧光粉和红色荧光粉，通过调整荧光粉中红粉的比例，可以得到不同色温和显色指数的白光大功率ＬＥＤ。说明大功率LED的发光随工作电流及红色荧光粉含量的变化而变化。

         用大功率蓝光ＬＥＤ激发加黄色荧光粉，并用红光ＬＥＤ进行补偿，调整大功率ＬＥＤ芯片及荧光粉的发光强度，结果出现低色温和高显色性白光ＬＥＤ。如果采用较高水平的ＬＥＤ芯片，实验效果会更好。该白光ＬＥＤ以红色荧光粉的发射光谱为主，光谱峰值波长６１０ｎｍ，色坐标ｘ０．４０９３，ｙ０．３６７８。其色温和显色指数为３２００Ｋ和８３．２。调整两种荧光粉的比例，得到不同色温的白光ＬＥＤ。随着荧光粉中红粉含量的增加，更多的红色荧光粉吸收大功率ＬＥＤ芯片产生的蓝光后发生辐射跃迁并发出红光，导致了相对光谱的红移，同时大功率的色温逐渐降低，而LED显色指数升高。但是，由于所用红色荧光粉的量子效率较低，要产生较多的红光就必须吸收更多的蓝光，这导致了器件光谱中的蓝光和黄光成分减少，器件整体光输出减少。

        采用大功率蓝光ＬＥＤ芯片激发黄色荧光粉，同时采用高亮度小功率红光ＬＥＤ进行补偿也可制备白光ＬＥＤ。为使结构更为紧凑，可以将小功率红光ＬＥＤ芯片粘结在大功率ＬＥＤ芯片上，根据实际情况，两者可以共用Ｐ电极或Ｎ电极。实验中共用了１支大功率蓝光ＬＥＤ芯片和５支小功率红光ＬＥＤ芯片，在大功率蓝光ＬＥＤ芯片上涂敷荧光粉时，应尽量避免将荧光粉覆盖到红光ＬＥＤ芯片上，避免由于荧光粉的散射和吸收降低红光ＬＥＤ的光输出。

        大功率蓝光ＬＥＤ采用３５０ｍＡ直流驱动，消耗的电功率为１．１５Ｗ，５支红光ＬＥＤ的工作电流均为２０ｍＡ，消耗的电功率之和为０．２２Ｗ。其色温和显色指数分别为３４５０Ｋ和９３．９，色坐标ｘ＝０．３６３０，ｙ＝０．３７２１。器件的光通量和发光效率分别为２６．６ｌｍ和１９．４２ｌｍ/Ｗ，远远高于采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色两种荧光粉得到的器件水平。

        采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色两种荧光粉，通过提高红色荧光粉的含量，可以获得低色温和高显色性白光ＬＥＤ。这种方法的优点在于两种荧光粉混合均匀，使得ＬＥＤ器件产生的蓝光、黄光和红光在整个空间比较容易均匀混色，可以预期器件的空间色度均匀性较好。其缺点在于，目前，红色荧光粉的量子效率较低，致使整个器件的发光效率不高，加入红色荧光粉后，器件的发光效率几乎降低了一半。

        用蓝光ＬＥＤ激发黄色荧光粉同时用红光ＬＥＤ进行补偿，也可获得低色温和高显色性白光ＬＥＤ。这种方法的优点在于避开了低效率红色荧光粉的使用，因此大功率LED的整体发光效率比较高。驱动电路相对复杂，不过技术上很容易实现。由于蓝光ＬＥＤ、荧光粉和红光ＬＥＤ构成的是相对独立的发光体，就单个器件来说可能存在空间颜色不均匀，但是可以通过适当的阵列排布方式解决这一问题。低色温，高显色性白色大功率ＬＥＤ主要采用蓝光ＬＥＤ激发黄色荧光粉并用红光ＬＥＤ进行补偿，随着红色荧光粉量子效率和稳定性的不断提高，采用蓝光ＬＥＤ同时激发黄色和红色荧光粉，甚至同时激发多种荧光粉也能得到性能优良的白光ＬＥＤ，而且驱动电路比较简单、成本较低。