白光发光二极管的制作方法三紫外线及紫光LED加荧光粉.docx
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白光发光二极管的制作方法三紫外线及紫光LED加荧光粉
白光发光二极管的制作方法（三）
紫外线及紫光LED加荧光粉
到现在为止，在紫外线LED上加荧光粉制作白光LED的人还很少，图1（a）是T.Nishida等人在350nmUVLED加三色（TBC：
ThreeBasalColor）荧光粉所得的光谱，图1（b）是白光在CIE色度图中的坐标位置，旁边是标准光源A的位置，Ra为86~89。
J.K.Park等人在波长400nm紫色或称nUVLED加Sr2SiO4：
Eu2+荧光粉做成白光LED。
图2（a）是在410nm光激发时不同Eu含量Sr2SiO4在室温时的PL光谱，波峰在520~540nm之间，图2（b）是在20mA时在400nm波长LED加Sr2SiO4：
Eu2+荧光粉以及在460nmLED加YAG：
Ce荧光粉的光谱图，两者都产生白光，只是Sr2SiO4：
Eu的激发所得波长为560nm，而YAG：
Ce的激发所得波长则是550nm。
如果增加Sr2SiO4中的SiO2含量，波峰会移动变为长波长。
图3是不同Eu含量Sr2SiO4荧光粉加紫光LED所做成的白光在CIE中的坐标位置，由图可知是直线关系。
Y.Narukawa等人做成的400nmLED样品a在不同电流时的光谱如图4（a）所示。
他们另做成的蓝光LED样品b的光谱如图4（b）所示，又在400nmLED加蓝色荧光粉做成的蓝光LED样品c的光谱如图4（c）所示。
比较图4（b）及（c）可见，用蓝色荧光粉加紫光做成的蓝光LED不受电流的影响比较稳定。
图5是样品a、b及c的光输出功率与电流的关系，在20mA时样品a的400nmLED的光输出功率为12mW（3.2V），样品b的蓝光LED的光输出功率为8.5mW（3.4V），而用荧光粉将400nm变成458nm的蓝光LED（样品c）的光输出功率为7.2mW（3.2V），电光转换效率为69%。
图6（a）是蓝光LED+YAG荧光粉做成的白光LED的光谱（样品d），而图6（b）则是用400nm激发蓝光+黄色荧光粉在20mA时的光谱（样品e），样品d的CCT约为5900K，Ra约为84.9，Vf约为2.4V，ηL约为24.6lm/W，而样品e的CCT约为5800K，Ra约为85.3，Vf约为3.2V，ηL约为26.1lm/W，比样品d性能稍佳。
图7（a）中比较了样品d及e的光强度、发光效率与电流的关系，样品e的发光效率在高电流时较高而且较稳定，而样品d的发光效率则随电流的增加而下降，图7（b）是样品d及e在色度图中x及y的位置，样品d的位置随电流的增加而改变，但样品e则几乎不变，可见用以400nm激发蓝色荧光粉所产生的蓝光LED加黄色荧光粉做成的LED比较稳定。
下面是紫光LED加三色荧光粉所做成的白光LED的结果。
Y.Sato等人是最早约1996年宣布用380nmn-UVLED激发ZnCdS：
Ag（红色）、ZnS：
CuAl（绿色）以及ZnS：
Ag（蓝色）荧光粉得到如图8（a）所示的光谱，其所制成白光在CIE色度图中的位置是图8（b）中的d点。
J.Wagner等人用394nmLED激发红、蓝、绿三色荧光粉得到如图9所示的光谱，其白光在CIE色度图中的坐标是图10中空心方块之处。
此LED在20mA时输入功率为1.12mW，白光LED光输出功率为0.28mW，CCT约为4000~4300K之间，Ra=78。
J.K.Sheu等人也用400nmLED激发蓝、绿、红三色荧光粉，其中蓝色是BaMgAl14O23：
Ru荧光粉，绿色是SrGa2S4：
Ru荧光粉，红色是Y2O3：
Ru荧光粉，由Nantex公司供给。
图11（a）是400LED激发在20mA时得到的光谱，波长是450nm、500nm及600nm，图11（b）则是所得白光LED在不同电流时的光谱，CCT约为5900K，Ra约为75，20mA时发光效率为10lm/W。
GELcore的E.Radkov等人用405nmLED分别激发（SrEu）5（PO4）3、（Sr，Eu）4Al14O25及（Ca，Eu，Mn）5（PO4）3Cl分别得到蓝光、蓝绿光及橙黄光，其光谱如图12（a）所示，图12（b）是白光LED的光谱，Ra=75.3。
RadKov又用3.5MgO·0.5MgF2·GeO2：
Mn4+（MFG）作红色荧光粉，用Ga5（PO4）3Cl：
Eu2+、Mn2+（HALD）作橙色荧光粉，用SrAl2O4：
Eu2+作绿色荧光粉，用（Ca，Sr，Ba）5（PO4）3Cl：
Eu2+（SECA）作蓝色荧光粉得到的白光LED的CCT约为3000K，Ra约为97，x=0.441，y=0.41，发光效率为23lm/W。
N.Shibata等人用如图13（a）所示的紫光375nmLED加三色荧光粉做成白光LED，图13（b）是其LED的I-V曲线，图13（c）是紫光加蓝、绿、红三色荧光粉做成的白光的光谱。
ToyodaGosei的T.Uemura等人用图14（a）面朝上及图14（b）面朝下的结构做成紫光LED，称之为TG（ToyodaGosei）紫光LED，图14（c）是面朝下的LED的I-V及L-I特性曲线，用此紫光LED加表1中列举不同荧光粉可以得到不同的白光特性，表中并有蓝光LED加YAG的结果，可作比较。
图15是高纯度白光的光谱，是紫光LED加蓝、绿、红及新的荧光粉而组成，Ra约为91。
Y.Uchida等人改变O（橘黄色600nm）、Y（黄色570nm）、G（绿色540nm）及B（蓝色470nm）四种颜色荧光粉的成分得到不同含量的OYGB荧光粉，其光谱如图16（a）所示，图16（b）所示是用这些荧光粉做成的白光在CIE色度图中坐标的位置。
Y.Uchida等人又用382nmn-UVLED在20mA时激发蓝、绿、红三色荧光粉得到如图17（a）所示的光谱，其中蓝色荧光粉（Sr,Ca,Ba,Mh）16Cl：
Eu2+发出447nm蓝光，绿色荧光粉ZnS：
Cu，Al发出528nm绿光，而红色荧光粉Y2O3S：
Eu2+得到628nm红光，其所组成的白光的CCT=7644K，Ra=90。
图17（b）是n-UVLED在20mA时激发OYGB荧光粉所得的光谱，波峰是450nm、520nm及580nm，所组成的白光的CCT=3700K，Ra=98，K=30lm/W。
图16是计算结果，而图17是实验结果。
T.Gessmann及Y.L.Li等人用不同数目及颜色LED加或不加荧光粉做成的白光LED如图18所示，其中除以上列举的方法之外，还有用多个多色LED加荧光粉的方法，包括①用蓝光及红光LED加绿色荧光粉；②用蓝光、浅蓝光及红光LED加绿色荧光粉；③用蓝光、红光及浅蓝光LED加绿色荧光粉等。
这三种方法都利用绿色荧光粉。
当然如果用多个多色LED，则还有其他的选择。
用UVLED及荧光粉做成白光LED时，还要考虑UV光漏出的可能，B.Barune等人采取的方法是使用含TiO240%的硅阻挡层减少UV的漏出。
图19中比较有无用此阻挡层的结果，由图可知，用了阻挡层，UV的光强度减少很多。
以下是目前商品化白光LED的结果：
① GELcore公司由Gree公司获得由410nmLED做成的白光LED，其CCT约为2700K，Ra约为80，在350mA时光输出功率为32lm，ηL约为32lm/W。
② Lumileds公司的白光LED，其CCT约为3200K，Ra约为85+，光输出功率约为22lm。
③ ToyodaGosei公司用蓝光LED加YAG得Ra约为82，光稳定程度为中等。
又用374~401nm波长n-UVLED加红、蓝、绿及红色新荧光粉得到Ra约为91，K=240，光极为稳定（参见表1）。
④ Nichia公司的白光LED的ηL约为50~60lm/W。
⑤ Cree公司的白光LED的发光效率K约为74lm/W。
表2中比较用不同颜色及数目LED加荧光粉所做成的白光LED的优点及缺点，以供参考。
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