白光LED通常采用兩種方法形成,第一種是利用“藍(lán)光技術(shù)”與熒光粉配合形成白光;第二種是多種單色光混合方法。這兩種方法都已能成功產(chǎn)生白光器件。 德國Hella公司利用白光LED開發(fā)了飛機閱讀燈;澳大利亞首都堪培拉的一條街道已用了白光LED作路燈照明;我國的城市交通管理燈也正用白光LED取代早期的交通秩序指示燈?梢灶A(yù)見不久的將來,白光LED定會進(jìn)入家庭取代現(xiàn)有的照明燈。
白光LED發(fā)光的方式主要按使用LED發(fā)光二極管的使用數(shù)量可以分為單晶型和多晶型兩種類型。
一種是多晶型,即使用兩個或兩個以上的互補的2色LED發(fā)光二極管或把3原色LED發(fā)光二極管做混合光而形成白光。采用多晶型的產(chǎn)生白光的方式,因為不同的色彩的LED發(fā)光二極管的驅(qū)動電壓、發(fā)光輸出、溫度特性及壽命各不相同,因此在使用多晶型LED發(fā)光二極管的方式產(chǎn)生白光,比單晶型LED產(chǎn)生白光的方式復(fù)雜,也因LED發(fā)光二極管的數(shù)量多,也使得多晶型LED的成本亦較高;若采用單晶型,則只要用一種單色LED發(fā)光二極管元素即可,而且在驅(qū)動電路上的設(shè)計會較為容易。
另一種是單晶型,即一只單色的LED發(fā)光二極管加上相應(yīng)的熒光粉,就如同日光燈的發(fā)光方式一樣,采用LED發(fā)光二極管激發(fā)熒光粉發(fā)光。通常采用兩種方式,一種方式是藍(lán)光LED發(fā)光二極管激發(fā)黃色熒光粉產(chǎn)生白光,另一種方式是紫外光LED激發(fā)RGB三波長熒光粉來產(chǎn)生白光。許多廠商主要從事白光LED的研究,通常都先從藍(lán)光LED開始研發(fā)及量產(chǎn),有了藍(lán)光LED的技術(shù)之后再開始研發(fā)白光LED,然而目前最常用藍(lán)光LED激發(fā)黃色熒光粉來產(chǎn)生白光,但是用藍(lán)光LED來發(fā)白光的方式的發(fā)光效率仍然不足,許多廠商開始向另外一個方向就是往紫外光LED來發(fā)展,利用紫外光LED加RGB三波長熒光粉來達(dá)到白光的效果,其發(fā)光效率比藍(lán)光好上許多。而紫外光LED加RGB三波長熒光粉的方法,則關(guān)鍵技術(shù)在高效率的熒光體合成法,也就是如何把熒光粉有效的附著在晶粒上的一項技術(shù)。
材料對白光LED光衰的影響有哪些?
1、 晶片的影響
從實驗的結(jié)果來看,晶片對光衰的影響分為兩大類:第一是晶片的材質(zhì)不同導(dǎo)致衰減不同,常用的藍(lán)光晶片襯底材質(zhì)為碳化硅和藍(lán)寶石,碳化硅一般結(jié)構(gòu)設(shè)計為單電極,其導(dǎo)熱效果比較好,藍(lán)寶石一般設(shè)計為雙電極,熱量較難導(dǎo)出,導(dǎo)熱效果較差;第二是晶片的尺寸大小,在晶片材質(zhì)相同時,尺寸大小不同衰減差距也不同。
2、 固晶的影響
在白光LED封裝行業(yè)中通常用到的固晶膠有環(huán)氧樹脂絕緣膠、硅樹脂絕緣膠、銀膠。三者各有利弊,在選用時要綜合考慮。環(huán)氧樹脂絕緣膠導(dǎo)熱性差,但亮度高;硅樹脂絕緣膠導(dǎo)熱效果比環(huán)氧樹脂稍好,亮度高,但由于硅成分占一定比例,固晶片時旁邊殘留的硅樹脂與熒光膠里的環(huán)氧樹脂相結(jié)合時會產(chǎn)生隔層現(xiàn)象,經(jīng)過冷熱沖擊后將產(chǎn)生剝離導(dǎo)致死燈;銀膠的導(dǎo)熱性比前兩者都好,可以延長LED芯片的壽命,但銀膠對光的吸收比較大,導(dǎo)致亮度低。對于雙電極藍(lán)光晶片在用銀膠固晶時,對膠量的控制也很嚴(yán)格,否則容易產(chǎn)生短路,直接影響到產(chǎn)品的良品率。
3、 熒光粉的影響
實現(xiàn)白光LED的途徑有多種,目前使用最為普遍最成熟的一種是通過在藍(lán)光晶片上涂抹一層黃色熒光粉,使藍(lán)光和黃光混合成白光,所以熒光粉的材質(zhì)對白光LED的衰減影響很大。市場最主流的熒光粉是YAG釔鋁石榴石熒光粉、硅酸鹽熒光粉、氮化物熒光粉,與藍(lán)光LED芯片相比熒光粉有加速老化白光LED的作用,而且不同廠商的熒光粉對光衰的影響程度也不相同,這與熒光粉的原材料成分關(guān)系密切。源磊科技選用最好材質(zhì)的白光熒光粉,使做出的白光LED相比同行在衰減控制方面有了很大的提高。
4、熒光膠水的影響
傳統(tǒng)封裝的白光LED,熒光膠一般采用環(huán)氧樹脂或硅膠,經(jīng)過光衰實驗的結(jié)果得出,用硅膠配粉的白光LED壽命明顯比環(huán)氧樹脂的長。原因之一是用以上兩種方法封裝成成品LED,硅膠比環(huán)氧樹脂抗UV能力強且硅膠散熱效果比環(huán)氧樹脂好;但在相同條件下,用硅膠配粉的初始亮度要比環(huán)氧樹脂配粉的要低,最主要是由于硅膠的折射率(1.3-1.4)比環(huán)氧樹脂(1.5以上)低,所以初始光效不及環(huán)氧樹脂高。
支架的影響
LED支架主要有銅支架和鐵支架。銅支架導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能好,價格高。而鐵支架的導(dǎo)熱、導(dǎo)電性能相對較差,更容易生銹,但價格便宜。市場上的LED大部分使用鐵支架。不同材料的支架對LED的性能影響也不同,特別是對光衰的影響尤為突出。這主要是由于銅的導(dǎo)熱性能比鐵的好很多,銅的導(dǎo)熱系數(shù)398W(m.k),而鐵的導(dǎo)熱系數(shù)只有50W(m.k)左右,僅為前者的1/8,還有支架的電鍍層厚度也密切相關(guān)。在選用支架時,還要注意支架的碗杯大小是否與發(fā)光芯片以及模粒匹配,其匹配質(zhì)量的優(yōu)劣,直接影響白光LED的光學(xué)效果,否則容易造成光斑形狀不對稱、有黃圈,以及黑斑等,直接影響到產(chǎn)品的質(zhì)量。
可見光的光譜和LED白光的關(guān)系
可見光光譜的波長范圍為380nm~760nm,是人眼可感受到的七色光——紅、橙、黃、綠、青、藍(lán)、紫,但這七種顏色的光都各自是一種單色光。例如LED發(fā)的紅光的峰值波長為565nm。在可見光的光譜中是沒有白色光的,因為白光不是單色光,而是由多種單色光合成的復(fù)合光,正如太陽光是由七種單色光合成的白色光,而彩色電視機中的白色光也是由三基色紅、綠、藍(lán)合成。由此可見,要使LED發(fā)出白光,它的光譜特性應(yīng)包括整個可見的光譜范圍。但要制造這種性能的LED,現(xiàn)在的工藝條件下是不可能的。根據(jù)人們對可見光的研究,人眼睛所能見的白光,至少需兩種光的混合,即二波長發(fā)光(藍(lán)色光+黃色光)或三波長發(fā)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)的模式。上述兩種模式的白光,都需要藍(lán)色光,所以攝取藍(lán)色光已成為制造白光的關(guān)鍵技術(shù),即當(dāng)前各大LED制造公司追逐的“藍(lán)光技術(shù)”。國際上掌握“藍(lán)光技術(shù)”的廠商僅有少數(shù)幾家,所以白光LED的推廣應(yīng)用,尤其是高亮度白光LED在我國的推廣還有一個過程。