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解析兩種主流白光大功率LED制造方法的優(yōu)劣

作者: 時(shí)間:2011-07-05 來(lái)源:網(wǎng)絡(luò ) 收藏
由于照明市場(chǎng)的迅猛發(fā)展,其應用范圍已從單一顏色和顏色變換應用,發(fā)展到普通照明應用,如住宅、商業(yè)和離網(wǎng)照明應用,并最終發(fā)展成為戶(hù)外照明應用。據Strategies Unlimited預測,2012年照明市場(chǎng)將突破50億美元,相當于2008到2012年28%的復合年均增長(cháng)率(CAGR)?!?P>   從2012起,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熒光燈和高強度放電燈(HID)。然而,為了實(shí)現這一目標,LED行業(yè)將會(huì )面臨許多挑戰,在美國市場(chǎng)調研公司(Strategies Unlimited)最新發(fā)布的報告中將對這些問(wèn)題展開(kāi)討論。

  《LED照明燈具―市場(chǎng)分析和預測》針對LED照明燈具行業(yè)在普通照明市場(chǎng)上的市場(chǎng)驅動(dòng)力和所面臨的挑戰做了一份詳細的評估。該評估對發(fā)展至2012年的9個(gè)照明市場(chǎng)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(chǎng),如出口標志燈、建筑照明、重點(diǎn)照明、裝飾照明和娛樂(lè )照明,其中許多使用了紅色、綠色和藍色LED。 但是開(kāi)始顯現其明顯優(yōu)勢和強勁潛力,有著(zhù)巨大的市場(chǎng)前景。

  LED的發(fā)展前景

  白光LED燈具已開(kāi)始在可選應用領(lǐng)域中占領(lǐng)強有力的市場(chǎng)地位,比如消費者便攜式照明(如手電筒、頭燈)和太陽(yáng)能景觀(guān)照明,而且,最近更多的白光LED已開(kāi)始用于特定的照明應用領(lǐng)域,如零售展示照明、商業(yè)和工業(yè)照明,以及戶(hù)外照明。

  在2008年,白光LED燈具的數量在整個(gè)LED照明燈具市場(chǎng)中僅超過(guò)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(huì )加速白光LED照明燈具在普通照明中的應用。
  隨著(zhù)LED發(fā)光效率的提升,以及成本的下降,LED將在2010年以后,逐漸切入室內照明領(lǐng)域,以及戶(hù)外的路燈市場(chǎng)。LEDinside估計,到了2012年,LED照明規??蛇_13億美元左右,年度增長(cháng)率高達33%。

  性能的改善

  近年來(lái),LED技術(shù)已經(jīng)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,由于高性能白光LED作為商業(yè)應用,其光效超過(guò)100lm/W,因此,白光LED燈具的市場(chǎng)份額將會(huì )有所增長(cháng)。

  進(jìn)一步改進(jìn)對LED照明燈具的設計,可以?xún)?yōu)化LED的性能,預計這將會(huì )促進(jìn)LED照明燈具市場(chǎng)的發(fā)展。經(jīng)濟發(fā)展與大規模的生產(chǎn)都將會(huì )進(jìn)一步降低制造成本。下面介紹制作低色溫高顯色性大功率白光LED的方法 。

制作低色溫高顯色性白光LED的方法

這里介紹用藍光LED芯片作為發(fā)光源,用熒光粉轉換法和紅光LED補償法制備低色溫及高顯色性白光LED的方法,并從器件的性能和應用角度分析了兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。

氮化鎵,基藍色、綠色及紫外發(fā)光二極管(LED),開(kāi)辟了LED的新市場(chǎng),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的方法有紅、綠、藍三基色LED合成、藍光LED+黃色熒光粉、紫外LED+三基色熒光粉以及多層有機電致發(fā)光(OLED)等??紤]到技術(shù)和成本的優(yōu)勢,目前,藍光LED芯片+熒光粉成為白光大功率LED技術(shù)的主流 。

大功率LED

大功率LED

通過(guò)熒光粉轉換的白光LED技術(shù),由于該熒光粉的發(fā)射光譜中缺少紅光成分,難以同時(shí)實(shí)現低色溫和高顯色性。但人們在日常生活中已經(jīng)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(shù)等特殊照明場(chǎng)所有其潛在的應用前景。因此發(fā)展低色溫高顯色性白光大功率LED都有重要的意義。

采用大功率藍光LED芯片作為激發(fā)光源,分別用熒光粉轉換法和紅光LED補償法制備了低色溫及高顯色性白光LED,采用同一批大功率藍光LED芯片進(jìn)行實(shí)驗:采用大功率藍光LED芯片同時(shí)激發(fā)黃色熒光粉和紅色熒光粉,通過(guò)調整熒光粉中紅粉的比例,可以得到不同色溫和顯色指數的白光大功率LED。說(shuō)明大功率LED的發(fā)光隨工作電流及紅色熒光粉含量的變化而變化。

用大功率藍光LED激發(fā)加黃色熒光粉,并用紅光LED進(jìn)行補償,調整大功率LED芯片及熒光粉的發(fā)光強度,結果出現低色溫和高顯色性白光LED。如果采用較高水平的LED芯片,實(shí)驗效果會(huì )更好。該白光LED以紅色熒光粉的發(fā)射光譜為主,光譜峰值波長(cháng)610nm,色坐標x0.4093,y0.3678。其色溫和顯色指數為3200K和83.2。調整兩種熒光粉的比例,得到不同色溫的白光LED。隨著(zhù)熒光粉中紅粉含量的增加,更多的紅色熒光粉吸收大功率LED芯片產(chǎn)生的藍光后發(fā)生輻射躍遷并發(fā)出紅光,導致了相對光譜的紅移,同時(shí)大功率的色溫逐漸降低,而LED顯色指數升高。但是,由于所用紅色熒光粉的量子效率較低,要產(chǎn)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。

采用大功率藍光LED芯片激發(fā)黃色熒光粉,同時(shí)采用高亮度小功率紅光LED進(jìn)行補償也可制備白光LED。為使結構更為緊湊,可以將小功率紅光LED芯片粘結在大功率LED芯片上,根據實(shí)際情況,兩者可以共用P電極或N電極。實(shí)驗中共用了1支大功率藍光LED芯片和5支小功率紅光LED芯片,在大功率藍光LED芯片上涂敷熒光粉時(shí),應盡量避免將熒光粉覆蓋到紅光LED芯片上,避免由于熒光粉的散射和吸收降低紅光LED的光輸出。

大功率藍光LED采用350mA直流驅動(dòng),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(fā)光效率分別為26.6lm和19.42lm/W,遠遠高于采用藍光LED同時(shí)激發(fā)黃色和紅色兩種熒光粉得到的器件水平。

采用藍光LED同時(shí)激發(fā)黃色和紅色兩種熒光粉,通過(guò)提高紅色熒光粉的含量,可以獲得低色溫和高顯色性白光LED。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于兩種熒光粉混合均勻,使得LED器件產(chǎn)生的藍光、黃光和紅光在整個(gè)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(diǎn)在于,目前,紅色熒光粉的量子效率較低,致使整個(gè)器件的發(fā)光效率不高,加入紅色熒光粉后,器件的發(fā)光效率幾乎降低了一半。

用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉同時(shí)用紅光LED進(jìn)行補償,也可獲得低色溫和高顯色性白光LED。這種方法的優(yōu)點(diǎn)在于避開(kāi)了低效率紅色熒光粉的使用,因此大功率LED的整體發(fā)光效率比較高。驅動(dòng)電路相對復雜,不過(guò)技術(shù)上很容易實(shí)現。由于藍光LED、熒光粉和紅光LED構成的是相對獨立的發(fā)光體,就單個(gè)器件來(lái)說(shuō)可能存在空間顏色不均勻,但是可以通過(guò)適當的陣列排布方式解決這一問(wèn)題。低色溫,高顯色性白色大功率LED主要采用藍光LED激發(fā)黃色熒光粉并用紅光LED進(jìn)行補償,隨著(zhù)紅色熒光粉量子效率和穩定性的不斷提高,采用藍光LED同時(shí)激發(fā)黃色和紅色熒光粉,甚至同時(shí)激發(fā)多種熒光粉也能得到性能優(yōu)良的白光LED,而且驅動(dòng)電路比較簡(jiǎn)單、成本較低。



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