驱动电流对大功率白光LED荧光粉转换效率[1]

　　引　言

　　LED作为一种新型光源，具有体积小、寿命长、可靠性高、响应速度快、饱和度高、辐射热小、耗电量小、易于调制和集成等优点[1～3]，广泛应用于医疗、显示、电子通讯、信号指示、汽车前灯、装饰和白光照明等领域[4～7]。目前有多种制作白光LED的方法[8～11]。考虑到技术和成本的因素，蓝光LED芯片加YAG 荧光粉制作白光LED 成为主要方法，并且已经实现了商品化[12]。其发光原理是：蓝光LED芯片辐射复合发出的蓝光，一部分激发YAG：Ce3+ 荧光粉发出黄光，另一部分透射与激发的黄光混合产生白光[13，14]。作为新型照明光源，LED所用荧光粉的转换效率一直受到高度关注。目前荧光粉转换效率方面的研究主要集中在荧光粉的制备工艺、掺杂改性、涂抹技术、温度猝灭特性和发射峰值波长与吸收波长的匹配等问题[15]，但是关于驱动电流对荧光粉转换效率影响的研究较少，尤其是电流变化对LED荧光粉转换效率影响的内在原因和影响规律研究得不是很深入，对LED所用驱动电流的设计不能给予很好的指导和帮助。因此，研究电流对荧光粉转换效率的影响就显得至关重要了。

　　本文从实际出发，制备了4种用于照明的1W 功率白光LED，分析了荧光粉转换效率随驱动电流变化的内在机理，并对其荧光粉转换效率随电流的变化规律进行了研究。

　　2　实　验

　　首先对4家公司生产的不同结构的GaN基蓝光芯片样品进行变电流测试，电流变化范围为100～900mA，测试温度为25℃。所用仪器为浙江大学的三色LED光电色热测试系统，测试LED样品的电致发光(EL)光谱。

　　接着，对4种芯片涂覆相同的YAG：Ce3+ 荧光粉后，使用相同的透明硅胶封装制得4种1 W功率白光LED样品。4种样品除了芯片不同外其他封装条件完全相同。其中利用台湾芯片制得的样品编号为T，美国芯片制得的样品编号为A，国内两种芯片制得的样品分别编号为B和C。对4种样品进行100～900mA 的变电流测试，分析LED样品各个参数随电流的变化规律。

　　最后，分别用峰值波长为450、452和454nm的蓝光芯片激发相同的荧光粉，测试荧光粉在不同波长激发下的光致发光(PL)光谱，并测得荧光粉在不同温度下的PL光谱。激发光源采用发射波长为460nm的蓝光LED。

　　3　结果与讨论

　　对4种LED样品变电流观测发现，光通量在小电流下接近于线性变化，电流增大后光通量增大趋势减缓，光效随电流增大而减小。由于蓝光芯片的性能各不相同，所以其光通量、光效的变化规律也不尽相同。图1为4种样品在不同驱动电流下的光通量，图2为4种样品在不同驱动电流下的光效。

　　不仅LED光通量和光效随电流变化发生很大改变，LED的其它光学特性也发生了很大变化。图3是4种样品在不同驱动电流下的光谱曲线，可以看出，光谱曲线随着驱动电流的增加呈规律性变化，最主要的是峰值波长出现蓝移，而主波长出现红移。

　　峰值波长的变化对LED性能有着很大的影响，尤其是对LED光转换效率的影响更为突出。

　　表1是四4种样品在不同驱动电流下的峰值波长。随着驱动电流的增加，蓝光芯片的光谱谱形发生一定的变化，其中蓝光波段光谱峰值波长向短波长方向移动，即发生了蓝移。