解析兩種主流白光大功率LED製造方法的優劣

由於LED照明市場的迅猛發展，其應用範圍已從單一顏色和顏色變換應用，發展到普通照明應用，如住宅、商業和離網照明應用，並最終發展成為戶外照明應用。據Strategies Unlimited預測，2012年LED照明市場將突破50億美元，相當於2008到2012年28%的複合年均增長率（CAGR）。　

　 從2012起，LED燈將成為唯一替代傳統燈具的照明光源，可替代的燈具包括高效螢光燈和高強度放電燈（HID）。然而，為了實現這一目標，LED行業將會面臨許多挑戰，在美國市場調研公司（Strategies Unlimited）最新發布的報告中將對這些問題展開討論。

　 《LED照明燈具―市場分析和預測》針對LED照明燈具行業在普通照明市場上的市場驅動力和所面臨的挑戰做了一份詳細的評估。該評估對發展至2012年的9個照明市場做出了應用分析和預測。 目前LED照明應用主要包括一些小型市場，如出口標誌燈、建築照明、重點照明、裝飾照明和娛樂照明，其中許多使用了紅色、綠色和藍色LED。 但是白光開始顯現其明顯優勢和強勁潛力，白光有著巨大的市場前景。

　　白光LED的發展前景

　　白光LED燈具已開始在可選應用領域中佔領強有力的市場地位，比如消費者可攜式照明（如手電筒、頭燈）和太陽能景觀照明，而且，最近更多的白光LED已開始用於特定的照明應用領域，如零售展示照明、商業和工業照明，以及戶外照明。

　　在2008年，白光LED燈具的數量在整個LED照明燈具市場中僅超過50%。白光LED燈具與傳統燈具相比，可提供量化的能源和成本節約，這樣將會加速白光LED照明燈具在普通照明中的應用。
　　隨著LED發光效率的提升，以及成本的下降，LED將在2010年以後，逐漸切入室內照明領域，以及戶外的路燈市場。LEDinside估計，到了2012年，LED照明規模可達13億美元左右，年度增長率高達33%。

　　性能的改善

　　近年來，LED技術已經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StrategiesUnlimited預測，在2008至2012年間，由於高性能白光LED作為商業應用，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。

　　進一步改進對LED照明燈具的設計，可以優化LED的性能，預計這將會促進LED照明燈具市場的發展。經濟發展與大規模的生產都將會進一步降低製造成本。下面介紹製作低色溫高顯色性大功率白光LED的方法 。

製作低色溫高顯色性大功率白光LED的方法

這裡介紹用大功率藍光LED晶片作為發光源，用螢光粉轉換法和紅光LED補償法製備低色溫及高顯色性白光LED的方法，並從大功率器件的性能和應用角度分析了兩種方法的優缺點。

氮化鎵，基藍色、綠色及紫外發光二極體（ＬＥＤ），開闢了LED的新市場，大功率LED照明。大功率LED照明的核心在於白光大功率ＬＥＤ。製作白光大功率ＬＥＤ的方法有紅、綠、藍三基色ＬＥＤ合成、藍光ＬＥＤ＋黃色螢光粉、紫外ＬＥＤ＋三基色螢光粉以及多層有機電致發光（ＯＬＥＤ）等。考慮到技術和成本的優勢，目前，藍光ＬＥＤ晶片＋螢光粉成為白光大功率ＬＥＤ技術的主流 。

大功率LED

通過螢光粉轉換的白光ＬＥＤ技術，由於該螢光粉的發射光譜中缺少紅光成分，難以同時實現低色溫和高顯色性。但人們在日常生活中已經習慣了低色溫（３０００Ｋ左右）的照明光源，而且高顯色性光源在博物館、外科手術等特殊照明場所有其潛在的應用前景。因此發展低色溫高顯色性白光大功率ＬＥＤ都有重要的意義。

採用大功率藍光ＬＥＤ晶片作為激發光源，分別用螢光粉轉換法和紅光ＬＥＤ補償法製備了低色溫及高顯色性白光ＬＥＤ，採用同一批大功率藍光ＬＥＤ晶片進行實驗：採用大功率藍光ＬＥＤ晶片同時激發黃色螢光粉和紅色螢光粉，通過調整螢光粉中紅粉的比例，可以得到不同色溫和顯色指數的白光大功率ＬＥＤ。說明大功率LED的發光隨工作電流及紅色螢光粉含量的變化而變化。

用大功率藍光ＬＥＤ激發加黃色螢光粉，並用紅光ＬＥＤ進行補償，調整大功率ＬＥＤ晶片及螢光粉的發光強度，結果出現低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。如果採用較高水平的ＬＥＤ晶片，實驗效果會更好。該白光ＬＥＤ以紅色螢光粉的發射光譜為主，光譜峰值波長６１０ｎｍ，色坐標ｘ０．４０９３，ｙ０．３６７８。其色溫和顯色指數為３２００Ｋ和８３．２。調整兩種螢光粉的比例，得到不同色溫的白光ＬＥＤ。隨著螢光粉中紅粉含量的增加，更多的紅色螢光粉吸收大功率ＬＥＤ晶片產生的藍光後發生輻射躍遷並發出紅光，導致了相對光譜的紅移，同時大功率的色溫逐漸降低，而LED顯色指數升高。但是，由於所用紅色螢光粉的量子效率較低，要產生較多的紅光就必須吸收更多的藍光，這導致了器件光譜中的藍光和黃光成分減少，器件整體光輸出減少。

採用大功率藍光ＬＥＤ晶片激發黃色螢光粉，同時採用高亮度小功率紅光ＬＥＤ進行補償也可製備白光ＬＥＤ。為使結構更為緊湊，可以將小功率紅光ＬＥＤ晶片粘結在大功率ＬＥＤ晶片上，根據實際情況，兩者可以共用Ｐ電極或Ｎ電極。實驗中共用了１支大功率藍光ＬＥＤ晶片和５支小功率紅光ＬＥＤ晶片，在大功率藍光ＬＥＤ晶片上塗敷螢光粉時，應儘量避免將螢光粉覆蓋到紅光ＬＥＤ晶片上，避免由於螢光粉的散射和吸收降低紅光ＬＥＤ的光輸出。

大功率藍光ＬＥＤ採用３５０ｍＡ直流驅動，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。其色溫和顯色指數分別為３４５０Ｋ和９３．９，色坐標ｘ＝０．３６３０，ｙ＝０．３７２１。器件的光通量和發光效率分別為２６．６ｌｍ和１９．４２ｌｍ/Ｗ，遠遠高於採用藍光ＬＥＤ同時激發黃色和紅色兩種螢光粉得到的器件水平。

採用藍光ＬＥＤ同時激發黃色和紅色兩種螢光粉，通過提高紅色螢光粉的含量，可以獲得低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。這種方法的優點在於兩種螢光粉混合均勻，使得ＬＥＤ器件產生的藍光、黃光和紅光在整個空間比較容易均勻混色，可以預期器件的空間色度均勻性較好。其缺點在於，目前，紅色螢光粉的量子效率較低，致使整個器件的發光效率不高，加入紅色螢光粉後，器件的發光效率幾乎降低了一半。

用藍光ＬＥＤ激發黃色螢光粉同時用紅光ＬＥＤ進行補償，也可獲得低色溫和高顯色性白光ＬＥＤ。這種方法的優點在於避開了低效率紅色螢光粉的使用，因此大功率LED的整體發光效率比較高。驅動電路相對複雜，不過技術上很容易實現。由於藍光ＬＥＤ、螢光粉和紅光ＬＥＤ構成的是相對獨立的發光體，就單個器件來說可能存在空間顏色不均勻，但是可以通過適當的陣列排布方式解決這一問題。低色溫，高顯色性白色大功率ＬＥＤ主要採用藍光ＬＥＤ激發黃色螢光粉並用紅光ＬＥＤ進行補償，隨著紅色螢光粉量子效率和穩定性的不斷提高，採用藍光ＬＥＤ同時激發黃色和紅色螢光粉，甚至同時激發多種螢光粉也能得到性能優良的白光ＬＥＤ，而且驅動電路比較簡單、成本較低。