白色LED照明光源

方志烈,叶其春,李学勇(复旦大学,上海200433)

摘要:报道了由黄、蓝二色发光二极管芯片组成的白色发光二极管的研制、结构和性能。

关键词:发光二极管;白色发光二极管;光源

1 引言

最近由于采用了先进的MOCVD外延生长技术,红、橙、黄、绿、兰多种颜色的超高亮度(大于lcd)发光二极管相继研制出来,而三基色的实现说明如将R.G.B三种颜色以适当的比例混合,就可得到与CRT相同的全色显示。白色光适用于许多场合,是所有颜色中最爱欢迎的,白色LED具有很大的潜力可逐步取代传统的照明光源。目前照明光源和发光二极管产业界纷纷联合,竞相研制。

日本日亚公司率先研制成功一种InGaNLED白色光源[1\〗,它是采用蓝色InGaNLED与钇铝石榴石(YAG)荧光粉结合的技术得到的。从LED芯片发出的蓝光在荧光粉层中多次散射并被荧光粉部分吸收,荧光粉被激发产生峰值波长为550nm的绿色,此绿光与透射的蓝光加合成白光。当然根据色度学也可以用红、绿、蓝三色LED合成白光,即三基色白光。这二种方法制成的白色LED成本都很高,因为主要光源是用的价格很高的蓝光和绿光LED,从而直接影响到器件的推广应用。

2 原理和方法

从国际照明委员会公布的色度图(1931)可以看出,采用二种颜色的光如黄色和蓝色或蓝绿色和红色也能合成白色,尽管他们的光谱成份不同。前者由于黄色LED价格仅为蓝色LED的1/101Π15,而且是合成光的主要组成部分,所以可以得到价格最低的白色LED[2]。

采用InGaAlP超高亮度黄色LED的结构是具有一个布拉格反射层的双异质结,可大幅度提高光取出效率,峰值波长为580nm,光谱半宽为12.5nm,光谱曲线对称,单色性好。超高亮度蓝色LED是采用价格较低的在碳化硅衬底上生长的双异质结InGaN,峰值波长为470nm,光谱半宽为26nm。

二种芯片同时安装在一个二极管座上,通过三个引出电极可分别对两种LED芯片调节驱动电流,控制其光色和光输出,白光由InGaAlPLED芯片发出的黄光和InGaNLEN芯片发出的蓝光混合而成。在管座上方用含有一定比例散射剂的环氧树脂进行封装,形成光学透镜。

3 结果和讨论

从表1可以看出,d较大时LED法向光强值比较高,说明环氧树脂封装的透镜聚焦作用比较大。加有散射剂的LED光输出明显低于未掺散射剂封装的LED。

图1(略)分别显示了蓝色LED,黄色LED,黄蓝二色白光LED的光谱相对能量分布。白色LED的典型光谱由两个窄带组成,它们分别是由InGaN发出的蓝光和InGaAlP发出的黄光。蓝光光谱的峰值波长和半值宽为465nm和25.2nm;黄光光谱的峰值波长和半值宽为580nm和16.3nm。如果改变二色芯片的分电流,可使两个波峰的高度分别发生变化。

白色LED和黄蓝二色可见LED的色坐标如图1所示。正如根据颜色相加混合原理预计的那样,白色LED的颜色位于蓝色LED和黄色LED的连线上。白色LED可随意控制颜色线上的固有色,升高InGaAlP的电流时颜色偏黄,相反升高InGaNLED的电流时颜色则更偏向蓝。

作为一个典型结果:黄蓝二色白色LED发光强度为1cd,光效为81mΠW,色温为5557K,xy色坐标为(0.33,0.31),显色指数Ra=7.2。

从光谱图可看出,主要光波长为470nm和580nm,位于人眼灵敏度曲线最大值附近,与之相比白炽灯的光谱要宽得多,且辐射的大部分能量在红外区域,因此,黄蓝二色白色LED有较高的发光效率。

作为照明光源,除了要求发光效率高之外,还要求它发出的光具有良好的颜色,即色表和显色性要好。从数据结果看,色表可以做得很好,而显色指数较差。这种白色LED的相关色温变化范围很宽50006000K,其色调可适于各种用途。