激发荧光粉 - 揭秘如何提高绿光LED能效问题

　　激发荧光粉

　　制作绿色LED的另一种方法是用蓝光LED加绿色荧光粉。这种激发方法有着截然不同的绿光发射特点：使用LuAG荧光粉的陶瓷板，激发的光的是 531nm峰值波长，525nm高斯峰和33nm半峰宽（FWHM），而芯片-荧光粉法制作的合成物的峰值波长是529nm，中心波长为557nm，半峰宽（FWHM）为99nm.（见图6）

　　更宽的发光剖面是有利也有弊。它本身提供的显色指数高，适合于一般照明。但较窄的发光适合于投影应用等。例如，自然绿光LED具有较小的光谱带宽，能够避免串扰，提高系统效率。如果自然绿光LED能够用于投影，相比转换的绿光解决方案，自然绿光LED可以覆盖更宽的颜色范围。

　

　　图6：采取不同方法的绿光LED光谱。由荧光粉产生的光射比由自然绿光：InGaN基LED产生的光射更广。

　　然而，蓝光LED和绿色荧光粉仍然是个很具吸引力的选择方案，因为这个方案避免了绿色缺口等问题。虽然由于斯托克斯位移产生的损耗是不可避免的，用蓝光芯片激发荧光粉将产生更高的效率，因为droop效应在较短波长段影响不大（见图8）。由于蓝光LED的内部电场不强，电损耗较低，我们以 1mm2ThinGaN芯片为例，比较这两种不同方法的光通量和光效。在较低的电流密度条件下，绿光LED比蓝光光效更高，没有转换损耗，发光效率在 1mA电流条件下达到291lm/W。然而当电流密度增加，光效下降很快，在350mA电流下，光效是108lm/W，在1A条件下，光效是66lm /W。蓝光LED正好相反，随着电流密度的增加，效率也相应提升。在20mA电流下，转换效率达到最高值。在350mA电流驱动下，蓝光LED和绿色荧光粉结合物，光通量为194lm，光效为191lm/W，在1A电流条件下，光通量是462lm，光效是145lm/W。

　

　　图七 根据CIE1931色彩空间色度图，对比红绿蓝混合方案，与由荧光粉转变而来的绿光法，或直接绿光InGaN基，自然绿光InGaN基对比由荧光粉转变方案，发现发射光谱越窄的器件，越适合投影应用。

　　提高自然绿光LED性能的途径有多种：可以是增加更多阱的增大作用区的容量，来降低载流子密度;也可以通过提高材料质量来提高内部量子效率;还可以优化芯片设计和尺寸来增加作用区域。但以我们的观点，优化外延生长过程的方法最具潜力，因为可以降低正向电压和提高载子传送能力。

　

　　图8：两种产生绿光的不同方法的光通量和发光效率。绿光InGaN/GaNLED在高电流条件下，droop效应影响很大，由蓝光LED和荧光粉转化而来的合成物在标准驱动电流下的效率和光通量都很高。