白光发光二极管的制作方法

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　　白光发光二极管的制作方法——蓝光　ＬＥＤ　加荧光粉　蓝光　白光发光二极管的制

作方法

　　来源：电子元器件网

　　最简单的白光　ＬＥＤ　是在蓝光　ＬＥＤ　上加黄色荧光粉得到的，又称其为　１－ＰＣＬＥＤ　

（Ｐｈｏｓｐｈｏｒ　Ｃｏｎｖｅｒｔｅｄ　ＬＥＤ），其基本构造如图　１　所示。因为这种　ＬＥＤ　采用了环氧

　树脂封装，　所以光易于放出，　所用荧光粉主要成分是　ＹＡＧ：　其化学组成是　１－ａＧｄａ）　Ｃｅ，　（Ｙ

　　３（Ａｌ１－ｂＧａｂ）Ｏ１２：Ｃｅ　３＋

　　，Ｇｄ（Ｇａｄｏｌｉｎｕｍ，钆）可以改变　Ｃｅ３＋晶体电场，使光的波长增

　　加而发黄光，图　２（ａ）是　４６５ｎｍ　蓝光　ＬＥＤ　在室温　２０ｍＡ　时的电致发光（ＥＬ：　Ｅ

ｌｅｃｔｒｏｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）光谱，图　２（ｂ）是蓝光　ＬＥＤ　激发　ＹＡＧ：Ｃｅ　荧光粉所产生的光　谱，产生　５５５ｎｍ　黄光，此黄光与蓝光混合而成白光。图　３　是不同含量　ＹＡＧ：Ｃｅ　荧光

　粉在色度图中的位置，图中并有蓝光　ＬＥＤ　与不同含量荧光粉所产生白光在图中的位置。

　　Ｒ．Ｍｕｅｌｌｅｒ－Ｍａｃｈ　等人用理论计算出，当　ＬＥＤ　与荧光粉发光功率不同比例时，　

４６０ｎｍ　蓝光　ＬＥＤ　加　ＹＡＧ：Ｃｅ　荧光粉所产生白光的色温　ＣＣＴ　值、演色性　Ｒａ　值及发光

　效率列在图　４　的插表中，图　４　是其光谱图。当色温大于　５０００Ｋ　时，Ｒａ＞８０。图　５（ａ）　是同一成分　Ｐ７１９３　荧光粉所产生白光的　ＣＣＴ　分布图及其　Ｒａ　值，　５（ｂ）则是同一

波长　图

　　蓝光　ＬＥＤ　但成分不同的　ＹＡＧ　荧光粉所产生白光的　ＣＣＴ　分布图及其　Ｒａ　值，由

图可知，　Ｒａ　的值均在　６０￣８０　范围的值，似乎不太理想。｛｛分页｝｝

　　Ｒ．Ｍｕｅｌｌｅｒ－Ｍａｃｈ　等人又用理论计算出，ｐｎ　结温度对　１－ｐｃＬＥＤ　的影响，其结果

如　图　６　（ａ）所示，图　６　（ｂ）是实验结果，两者颇为相近，由图可见，温度上升时，色

温及　Ｒａ　值均上升。

　　Ｍ．Ｒ．Ｋｒａｍａｓ　等人发现，如果将荧光粉随意放在　ＬＥＤ　芯片上，如图　７（ａ）所示发

光　均匀性不佳，所以改变方式如图　７（ｂ）所示，将荧光粉均匀地涂在　ＬＥＤ　表面上，图

　７（ｃ）　则比较两者的　ＣＣＴ　及　Ｒａ　值，　发现用图　７（ｂ）方法者其　ＣＣＴ　值变动甚少。　８

　是　Ｌｕｍｉｌｅｄ　图　公司　２００２　年发表的最佳白光结果，光输出在　３５０ｍＡ　时大于　４０　ｌｍ

。｛｛分页｝｝

　　ＹＡＧ：Ｃｅ　荧光粉因为缺少红色，所以　Ｒａ　值不高，Ｇ．Ｏ．Ｍｕｅｌｌｅｒ　等人加强　ＹＡＧ：

　Ｃｅ　的红色使　Ｒａ　值＞９０，其光谱如图　９　所示。

　　因为一个荧光粉的　Ｒａ　值较低，Ｒ．Ｍｕｅｌｌｅｒ－Ｍａｃｈ　等人利用了两种荧光粉，一种

荧光　粉产生绿光　ＴＧ：Ｅｕ（ＳｒＧａ２Ｓ４：Ｅｕ２＋），另一种荧光粉产生红光　ＳｒＳ：Ｅｕ２＋，图　

１０　是此两种荧光粉的激发及辐射光谱。图　１１　所示是　ＴＧ：Ｅｕ　荧光粉特性以及激发与

辐射　光谱。

　　Ｒ．Ｍｕｅｌｌｅｒ－Ｍａｃｈ　等人又用理论计算出，在蓝光　ＬＥＤ　加以上两种荧光粉后的、在

不　同　Ｂ／Ｇ／Ｒ　发光功率时的光谱，如图　１２　所示，图中有插表，可见其　Ｒａ　值大于　９０。图　１３　是蓝光　ＬＥＤ　及　ＴＧ：Ｅｕ　与　ＳｒＳ：Ｅｕ　荧光粉在　ＣＩＥ　色度图中的位置。图　１

４　所示是

　　实验结果，图　１４（ａ）是用不同　Ｒ／Ｇ／Ｂ　发光功率做成白光的光谱，Ｒａ＞８５，　ＣＣＴ＝

３２００￣４４００Ｋ，图　１４（ｂ）是　２ｐｃＬＥＤ　的　Ｒａ　与　ＣＣＴ　值的关系，大部分　Ｒａ　大于　８０。｛｛

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　　Ｈ．Ｗｕ　等人用　ＳｒＧａＳ４：Ｅｕ２＋作蓝色荧光粉、用　Ｇａ１－ｘＳｒｘＳ：Ｅｕ２＋作红色荧光粉得

　到的白光　ＬＥＤ　的　ＣＣＴ　约为　５９３７Ｋ，Ｒａ　约为　９２．２，Ｋ　约为　１５　ｌｍ／Ｗ。　最近　Ｒ．Ｍｕｅ

ｌｌｅｒ－Ｍａｃｈ　等人用　６　组两种荧光粉、用　Ｇａ１－ｘＳｒｘＳ：Ｅｕ２＋作红色荧光粉　得到　ＣＣＴ＝３

０００Ｋ　的白光，这　６　种组合的光谱如图　１５　所示，图中附表是此　６　种组合

　　产生的白光在　３０００Ｋ　时的　Ｒａ　及发光效率　Ｋ　值，并有详细的　Ｒ１　到　Ｒ８　值及平

均值　Ｒａ，　另附有　Ｒ９　值以表示其红色的反应在　３２￣８６　之间，红色似乎不够高。

　　因为　１ｐｃ　缺乏红色，所以　Ｒ．Ｍｕｅｌｌｅｒ－Ｍａｃｈ　等人在　ＹＡＧ：Ｃｅ　荧光粉上加深红色

ｐａｇｅ　１

荧　光粉　ＣａＳ：Ｅｕ２＋改变其比例，得到如图　１６　所示的不同色温的光谱，图中附表有　

Ｒ１　到　Ｒ８　的值及　Ｒａ　平均值，以及　Ｒ１　至　Ｒ１４　的　Ｒ　平均值，在　ＣＣＴ　２８８０Ｋ　时　Ｒａ　

约为　９１．９、Ｒ　约为　８８．９，　ＣＣＴ＝３３００Ｋ　时　Ｒａ　约为　９３．２、Ｒ　约为　９０．９，ＣＣＴ＝３８００Ｋ

　时，Ｒａ　约　为　９４．４、Ｒ　约为　９２．８。

　　Ｎｉｃｈｉａ　公司的　Ｉ．ＮｉＫｉ　等人利用最新发展的蓝光　ＬＥＤ　１９．３ｍＷ＠２０ｍＡ，　ｅｘｔ￣３５．８％）　（　η　与　ＹＡＧ　荧光粉制成高功率白光　ＬＥＤ，其光强度、发光效率与电流的关系

如图　１７（ａ）所　示，　ＣＣＴ＝５４７０Ｋ，　Ｌ＝６１．４　ｌｍ／Ｗ，　ＣＩＥ　色度图中的坐标是当　０．３３３ｍＡ

、　η　在　０．３４６ｍＡ、　２０ｍＡ　时　４．２２　ｌｍ（３．４４Ｖ），比白炽灯亮四倍，在低电流时　ηＬ　

约为　１００　ｌｍ／Ｗ。图

　　１７（ｂ）所示是　Ｒａ　值与色温　ＣＣＴ　的关系，在色温高是　Ｒａ　尚可，但是在低色温时

，Ｒａ　因　缺少红色而下降。本想建议用有硫（Ｓ）的荧光粉以增加红色，但因有硫的材

料不稳定　故另行发展了新的荧光粉，图　１７（ｃ）中比较了短　ＹＡＧ（黄光　５４０ｎｍ）、长　

ＹＡＧ（黄　光　５７０ｎｍ）及新的红色荧光粉（６５５ｎｍ）的　ＰＬＥ　光谱，图　１７（ｄ）是短　ＹＡＧ、长

　ＹＡＧ、　新的红色荧光粉受蓝光激发时的放射光谱。｛｛分页｝｝

　　图　１８（ａ）中比较了高演色性白光　ＬＥＤ　与目前已商品化的白光　ＬＥＤ　的光谱，高演

色性　白光　ＬＥＤ　是在蓝光　ＬＥＤ　上加短　ＹＡＧ　及新的红荧光粉而制成的。由图可知，高

演色性白　光　ＬＥＤ　的红色部分增加。图　１８（ｂ）中比较此两种　ＬＥＤ　的演色性，可见高演

色性白光　ＬＥＤ

　　的　Ｒａ　值较高，图　１８（ｃ）中则比较高功率及高演色性白光　ＬＥＤ　的光谱，这两种

　ＬＥＤ　是比　较暖和的白光　ＬＥＤ，高功率白光　ＬＥＤ　在　２０ｍＡ　时　１．４９　ｌｍ，ＣＣＴ　约为　２８

１０Ｋ，ηＬ　约　为　２３．１　ｌｍ／Ｗ，　ａ＝７２．５，　Ｒ　高演色性白光　ＬＥＤ　在　２０ｍＡ　时　１．２３　ｌｍ，

　ＣＣＴ　约为　２８３０Ｋ，　ηＬ　约为　１８．９　ｌｍ／Ｗ，Ｒａ＝８７．５。图　１８（ｄ）中比较高及高演色性白

光　ＬＥＤ　的　Ｒａ　值，高　演色性白光　ＬＥＤ　的　Ｒａ　值较高。　最近　Ｈ．Ｙ．Ｃｈｏｕ　等人在蓝光

　ＬＥＤ　上加　ＹＡＧ　荧光粉得到的　Ｒａ　值约为　７０，然后再加上　６２５ｎｍ　红光　ＬＥＤ　或者　６１

７ｎｍ　红橘光　ＬＥＤ，　Ｒａ　值提高到　８０　以上，　ＣＣＴ　接近　３５００Ｋ。　将　而

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