驱动电流对大功率白光LED荧光粉转换效率[3]

　　蓝光通过YAG转化为黄光属于PL发光，其原理是YAG荧光粉吸收蓝光能量，电子受到激发跃迁到Ce3+ 外层的5d 激发态，当位于5d 激发态的电子返回到4f 基态时，会以辐射黄光的形式释放能量，达到蓝光转换为黄光的目的[20]。影响黄光辐射通量的主要因素是芯片内部产生的蓝光能量和YAG荧光粉的转换效率。

　　随着工作电流的增大，LED芯片会产生更多的热量，如果热量不能及时散出，芯片及YAG荧光粉上会积聚更多的热量，导致芯片和荧光粉的温度升高。图9是荧光粉在不同温度下的PL谱，激发光源采用发射波长为460nm的蓝光LED。从图可以看出，随着温度的升高，YAG：Ce3+ 荧光粉的辐射强度呈下降趋势，主波长发生红移，在高温时出现严重的荧光淬灭现象，辐射强度出现大幅的下降。

　　YAG：Ce3+ 荧光粉的5d 轨道在离子的外层，4f态在原子的内层，因此5d 轨道受晶格的影响比较大。随着注入电流的增大，LED芯片产热增多，荧光粉晶体场变强，5d 轨道的分裂加剧，使得4f 基态与5d 激发态之间的能量差减小，导致部分能量降低，从而使转换后的黄光能量减少，波长出现红移现象[20]。此外，LED注入大电流后温度升高，温度越高YAG荧光粉的非辐射复合越多，产生更多热量，致使荧光粉转化效率降低。

　　通过数据对比可知，驱动电流越小，光效越高。但是在小电流下工作，蓝光芯片和荧光粉并未完全利用，LED的光通量低。增大电流又会出现峰值波长和主波长漂移、散热困难等不利因素。通过对不同电流下LED峰值波长、主波长和黄光辐射通量占整个辐射通量的比例进行计算可以得出4种样品在驱动电流为300～400mA时光通量能够满足普通照明需求，且LED 的主要性能受电流变化的影响不大。可以认定，其最佳照明驱动电流在300～400mA之间。

　　4　结　论

　　电流的变化使得白光LED的光谱曲线发生变化，随着电流的增大，4种LED的变化趋势相同，即光通量增大，起初呈线性增加，随后增大趋势减缓，光效减小，峰值波长蓝移，黄光比减小，主波长红移。分析了这些光学参数随电流变化的原因，一是由于量子限制斯塔克效应引起峰值波长蓝移致使蓝光与荧光粉的匹配程度降低，二是由于电流增大导致器件温度升高，荧光粉的非辐射增多，转换的黄光能量减少，影响荧光粉的转换效率。综上所述，在小电流情况下，光通量随着电流增大而增大，电流对荧光粉转换效率影响较小，但光通量不大，未能充分利用蓝光芯片和荧光粉。大电流情况下，随着电流增大，光通量增幅减缓，峰值波长和主波长漂移加剧，荧光粉转换效率降低，不但浪费能源，还严重影响其可靠性。因此根据不同需求选取合适的驱动电流并使用稳定的驱动电源，制备高质量的LED 芯片和荧光粉，减少其转换效率受电流变化的影响是目前比较可行的办法。

编辑：妮子