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在1962年,通用電氣的高級(jí)半導(dǎo)體化合物實(shí)驗(yàn)室發(fā)明了第一個(gè)實(shí)用的可見(jiàn)光光譜的LED。這個(gè)LED由p-n同質(zhì)結(jié)構(gòu)的GaAsP組成。在接下來(lái)幾年中,這種技術(shù)持續(xù)改善,在六十年代晚期商用的紅光LED出現(xiàn)。然而第一個(gè)商用LED的效率很低,才0.1流明每瓦。在過(guò)去三十年中研究人員持續(xù)改善該技術(shù),取得了高效率,發(fā)光光譜也日益擴(kuò)大,使用了新的III-V族化合物,今天市場(chǎng)上也出現(xiàn)了高亮度LED陣列。LED的發(fā)射光譜是離散的,目前可以制造的發(fā)光光譜分布在紫外、可視和紅外區(qū)域。
使用單顆LED是很難進(jìn)入常規(guī)照明市場(chǎng)的,因?yàn)樗鼈儫o(wú)法發(fā)出白光。為了得到一般照明用的白光,某個(gè)特定光譜必須轉(zhuǎn)化為白光或者多個(gè)光譜混合成白光。目前的白光LED主要采用兩種方法獲得:1)熒光粉技術(shù);2)多種顏色混合。圖 2.6顯示了這兩個(gè)白光LED技術(shù)的結(jié)構(gòu)。目前也有同時(shí)應(yīng)用了熒光粉和多顏色混合技術(shù)的白光LED。
該熒光粉LED通過(guò)熒光粉將藍(lán)光轉(zhuǎn)化為白光。另一方面,通過(guò)多種顏色混合的LED封裝把紅綠藍(lán)光按比例輸出,混合成了白光。
在熒光轉(zhuǎn)換藍(lán)光LED中,LED所發(fā)的藍(lán)光波長(zhǎng)大概為460nm,有一些光直接發(fā)出來(lái),另外一些光通過(guò)熒光粉進(jìn)行下轉(zhuǎn)換,波長(zhǎng)從460nm(藍(lán))變成更長(zhǎng)的波長(zhǎng)(比如綠、黃、紅)并合成白光。日亞是第一個(gè)采用這種方法生產(chǎn)這種白光LED的公司,1997年就推出了商業(yè)化的產(chǎn)品。自此以后其他制造商也采用了這種方法來(lái)制造白光LED,一些制造商還通過(guò)在封裝時(shí)添加二次熒光粉成功降低了色溫,提高了顯色指數(shù),不過(guò)增加了封裝成本。按這種技術(shù)封裝出來(lái)的暖白光LED模塊效率在72 lm/W,色溫為3000K。
熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED(PC-LED)制造商遇到的一個(gè)問(wèn)題是很難保持均勻的質(zhì)量,主要是由于LED的發(fā)光波長(zhǎng)和熒光粉經(jīng)常發(fā)生自然變異(natural variations)。PC-LED對(duì)光功率、峰值發(fā)射波長(zhǎng)、溫度和光學(xué)特性都比較敏感。對(duì)許多LED應(yīng)用來(lái)說(shuō),這都是一個(gè)很大的問(wèn)題。
雖然熒光粉技術(shù)在不斷改善,但 Stokes損耗是不可避免的。因此有些制造商把目光轉(zhuǎn)向了顏色混合白光LED,人們相信這種方法能夠生產(chǎn)出高效的LED。這種LED在封裝時(shí),多個(gè)不同發(fā)光波長(zhǎng)的芯片封在一起產(chǎn)生了白光,現(xiàn)實(shí)中這種方法是有效的,能夠生產(chǎn)出高質(zhì)量高效白光。舉個(gè)例子,三種顏色能夠制造出CCT= 4100K 、CRI=80,電子流明效率大概為198 lm/We的白光LED。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是不需要用到熒光粉,避免熒光粉轉(zhuǎn)換過(guò)程中的能量損失。該方法的大挑戰(zhàn)來(lái)自綠光的發(fā)光效率,終限制了整體的效果,另一個(gè)缺點(diǎn)是增加了器件的復(fù)雜性,該技術(shù)要求多芯片封裝和復(fù)雜的光學(xué)器件。還需要顏色控制補(bǔ)償反饋電路來(lái)控制不同退化和熱特性的離散LED芯片。
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