摘要：文章報(bào)告和分析了8000K、6400K、5000K和4000K四種色溫的白光LED的發(fā)射光譜、色品質(zhì)和顯色性等特性，它們與工作條件密切相關(guān)。隨著正向電流IF的增加，色品坐標(biāo)x和y值逐漸減小，色溫增大，發(fā)生色漂移，而光通量呈亞線性增加，光效逐漸下降。由于在白光LED中發(fā)生光轉(zhuǎn)換過程，產(chǎn)生光吸收的輻射傳遞，致使白光中InGaN芯片的藍(lán)色EL光譜的形狀和發(fā)射峰發(fā)生變化。白光LED的特性在很大程度上受InGaN藍(lán)光LED芯片性能的制約。人們可以實(shí)現(xiàn)8000-4000K四種色溫白光LED，顯色指數(shù)高，且制作的白光LED的色容差可以達(dá)到很小，實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的白光照明光源。
從上世紀(jì)90年代末到現(xiàn)在，白光發(fā)光二極管的出現(xiàn)和快速發(fā)展，引起人們極大的熱情，白光LED具有低壓、低功耗、高可靠，長壽命及固體化等優(yōu)點(diǎn)。其量大的吸引力和期望是作為繼白熾燈泡、熒光燈及高強(qiáng)度氣體放電燈（HID）后的第四代照明新光源——具有龐大的照明市場和顯著的節(jié)能前景的光源，是符合環(huán)保、節(jié)能要求的綠色照明光源。因此，受到日美和歐洲各國政府和商家的重視，他們制定發(fā)展規(guī)劃和目標(biāo)，且大集團(tuán)公司在技術(shù)和資金上進(jìn)行聯(lián)合和重組。2003年6月我國政府也推出“半導(dǎo)體照明工程”，以期大力推動我國白光LED的發(fā)展。
盡管短短的幾年來，白光LED的研發(fā)和應(yīng)用取得舉世矚目的成績，但目前還存在諸多問題，只能用于一些特殊的領(lǐng)域中。我們注意到，目前普通的白光LED與用作照明光源白光LED的概念是有質(zhì)的差異，并不是越“白”越好。人們對用作照明的白光光源有著嚴(yán)格的要求，國際和我國早已制定標(biāo)準(zhǔn)。照明光源有六個(gè)嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)色溫區(qū)：6400K、5000K、4000K、3450K、2900K及2700K及其相應(yīng)的色域，照明光源的色品質(zhì)參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)的。必須同時(shí)得到滿中，方可稱為合格的照明光源。盡管目前作為照明光源——白光LEDs還沒有國際CIE標(biāo)準(zhǔn)及中國的國家標(biāo)準(zhǔn)，但是應(yīng)當(dāng)參照國際CIE和中國國家標(biāo)準(zhǔn)來要求和指導(dǎo)白光LEDs新照明光源的發(fā)展和應(yīng)用。迄今有關(guān)不同色溫度，高顯色性白光LED的色品質(zhì)和光譜特性報(bào)道欠缺。本文按照國家照明光源標(biāo)準(zhǔn)，報(bào)告和分析所研發(fā)的8000-4000K不同色溫的白光LED的發(fā)射光譜、色品質(zhì)及光電特性。
1.實(shí)現(xiàn)相關(guān)色溫原理和實(shí)驗(yàn)
從市場上可以很方便地購得多家公司提供的不同等級的InGaN藍(lán)光LED芯片。這些芯片樣品可分為發(fā)射波長455-460nm、460-465nm及465-470nm；光強(qiáng)一般在40mcd以上。藍(lán)芯片尺寸大多為320X320um左右。依據(jù)發(fā)光學(xué)光轉(zhuǎn)換和色度學(xué)原理，采用藍(lán)光LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的熒光粉有機(jī)組合成白光LED技術(shù)實(shí)現(xiàn)白光。熒光粉選擇是多樣性的，可以是一種黃色熒光粉或黃色和紅色混合熒光粉。調(diào)控各發(fā)光顏色強(qiáng)度比，實(shí)現(xiàn)各種色溫的白光。將含有熒光粉的優(yōu)質(zhì)高透過率樹脂膠仔細(xì)涂覆在藍(lán)芯片周圍，用常規(guī)的封裝工藝和環(huán)氧樹脂封裝成常規(guī)Ф5mm子彈型和半球型白光LED。白光LED的發(fā)射光譜，色品技及其他光電特性由浙大三色儀器有限公司生產(chǎn)的型號為SPR-920D型光譜輻射分析儀測試記錄。該儀器配有一個(gè)0.5m的積分球及直流電源。所有實(shí)驗(yàn)均在室溫下進(jìn)行，白光LED的發(fā)射光譜在正向電流IF=20mA下測試。
2.不同色溫白光LED的光譜特性
2.1 8000K的白光LED
7000-10000K白光呈現(xiàn)發(fā)藍(lán)高色溫的白光。在照明光源標(biāo)準(zhǔn)中沒有這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)。它是不能有作普通家庭照明光源的。這種高色溫發(fā)藍(lán)的白光LED可以用于要求不嚴(yán)的特殊照明和指示中，有一定用途。圖1給出相關(guān)色溫為8070K的半球Ф5白光LED的發(fā)射光譜。它是由InGaN藍(lán)光LED的電致發(fā)光光譜和稀土YAG：Ce體系黃色熒光體被藍(lán)光激發(fā)的光致發(fā)光光譜所組成，兩光譜的本質(zhì)是不同的。這樣構(gòu)成相關(guān)色溫為8070K的發(fā)藍(lán)的白光光譜，色品坐標(biāo)x=0.2979，y=0.2939，在黑體軌跡的附近。
2.2 6400K的白光LED
圖2是在正向電流IF=20mA下的色溫為6450K的白光LED的發(fā)射光譜。它是屬于色溫為6400K的日光色。是目前照明光源使用的最廣泛的色溫之一。其光譜所組成。和圖1光譜相比，黃成份的光譜增強(qiáng)，色溫降低。此時(shí)白光LED中的藍(lán)光EL光譜和只有InGaN LED的藍(lán)光光譜相比是有差異的，因?yàn)榘l(fā)生熒光體高效的吸收藍(lán)光和光轉(zhuǎn)換的輻射傳遞。而這種光吸收（激發(fā)）與熒光體的激發(fā)光譜密切相關(guān)。由于這種熒光體光轉(zhuǎn)換過程致使白光LED中的藍(lán)光光譜的能量分布、發(fā)射峰以及半高寬等性質(zhì)發(fā)生變化。所涂覆的熒光粉越多，藍(lán)色光譜變化越嚴(yán)重，在低色溫的白光LED中更為明顯。