LED照亮一切：使每个封装实现1万lm的光通量

　　白色LED目录值的发光效率大多是在25℃的环境温度下，施加脉冲状电流测量所得。此时，蓝色LED芯片发光部的温度（接合温度）约为25℃。不过，实际用于产品中时，接合温度会上升至85～100℃。在普通白色LED中，温度上升后的发光效率与25℃时相比会降低10～15％。

　　在部分最新产品中，已经有抑制了发光效率变化的品种。例如，飞利浦流明的照明用途白色LED在接合温度为100℃时，其发光效率只比25℃时降低3％左右。为提高散热性，将LED芯片在陶瓷基板上进行倒装芯片封装，另外，为减轻温度对内部量子效率的影响，还采用了量子阱构造等。

　　夏普2011年3月开始供货的照明用白色LED，其发光效率随温度发生的变化也比较小（图1）。尽管输入功率高达25W，降低接合温度比较困难，但在白色LED表面温度（外壳温度）为70℃时，其发光效率和光通量与25℃时相比只下降了5～6个百分点。该公司表示，与其他公司的同等产品相比，将降幅控制在约一半。通过采用性能随温度变化较小的荧光材料等，实现了较高的温度稳定性。

图1：减弱荧光材料性能的温度依赖性

　　“显色指数”是将白色LED作为普通照明器具光源广泛应用基础之上的重要指标。目的是为了与原光源不产生不协调感。此前，白色LED的显色指数大多以平均显色指数（Ra）为基准。不过，随着用于照明用途的情况增加，仅Ra已经不能满足使用，还要求具有较高的特殊显色指数，例如彩度较高的红色和绿色等。

    显色指数通过改进荧光材料来提高。不过，提高显色指数也会出现发光效率降低的问题。例如，假设Ra为70的普通白色LED的发光效率为100％，则Ra80时会降低10％，Ra90时会降低20％。“以前在Ra为90以上时，发光效率会降低30％”（日亚化学工业）。因此与以前相比，现在已经改善了很多，不过今后还有很大的改进余地。

　　改进的重点是，“减少可视范围以外的发光”（飞利浦流明日本）（图2）。一般情况下，白色LED为提高Ra和红色显色指数（R9）会添加红色荧光材料，红色荧光材料的发光光谱可到达700nm以上的近红外领域。由于肉眼看不见可视范围以外的光，因此这部分的能源全部浪费了。所以该公司采用了可减少这部分光的红色荧光材料。

图2：减少可视范围以外的发光

　　采用红色荧光材料的话，在700nm以上的长波长侧也能观测到发光。这种在可视范围以外的光肉眼并看不到，因此会造成能源效率的浪费。所以，通过采用可抑制可视范围以外发光的红色荧光材料，能抑制发光效率降低。

　　为兼顾高显色指数和发光效率，还有厂商考虑使用非极性GaN基板。三菱化学为提高Ra和特殊显色指数，没有使用蓝色LED芯片，而是采用紫色LED芯片来开发组合使用蓝色、绿色和红色荧光材料的白色LED（图3）。该公司计划采用非极性GaN基板大幅提高目前只有50lm/W左右的发光效率注1）。

图3：实现高显色指数特性

　　三菱化学开发的组合使用紫色LED（发光波长为405nm）和蓝色、绿色及红色荧光材料的白色LED，可大幅提高各个颜色的显色指数。（图由本站根据三菱化学在“Green Device论坛2010”上的演讲资料制作）

    麦克亚当椭圆在2级以内

　　认为“均匀性”现在也是白色LED课题的照明器具厂商绝不在少数。组合使用多个白色LED时，如果白色LED之间的白色光色度不同，就无法获得均匀的光。白色LED的均匀性采用名为“麦克亚当椭圆（MacAdam ELlipse）”的色度差评价法。各厂商一般在该评价的6级以内开发白色LED，不过也有在4级以内和2级以内开发产品的LED厂商。例如，美国科锐就开发出了号称在2级以内的产品。

　　降低白色LED产品间色度不均的方法有很多种（图4）。其中，科锐选择的是在蓝色LED芯片上铺设荧光材料层使之成为白色LED芯片后，将多个白色LED芯片收纳在封装内的方法（图4（b））。封装整体的发光光谱与全白色LED芯片的发光光谱重合。为了使白色LED芯片发光光谱的平均值接近，组合使用了封装内的LED芯片。科锐利用该方法，实现了2级以内的产品供货。

图4：可降低色调不均的各种方法

　　最经常采用的是，为使发光光谱的平均值相同，安装多个蓝色LED芯片，将其封装在采用荧光材料的树脂封装中（a）。此外还具有组合使用多个白色LED芯片的方法（b）、在每个蓝色LED芯片上组合使用与发光光谱重合的荧光材料的方法（c）、以封装的状态安装多个蓝色LED，然后组合使用荧光板的“remote phosphor”（d）方法等。

　　光通量超过1000lm的白色LED已经有几款产品面世（图5）。例如，西铁城电子将销售能够输入41.9W的大电力、光通量达到4390lm的产品。通过配备200个蓝色LED芯片，获得了高光通量。蓝色LED芯片采用小型品，通过将芯片侧面发出的光有效输出到封装外，提高了发光效率。该公司还计划采用最多可配备400个芯片的设计，以使一个封装获得1万lm的光通量。

图5：迎来了一个封装的光通量超过1000lm的时代

　　西铁城电子开发的高输出白色LED“CL-L340系列”中有最大光通量为4390lm的品种（输入功率为41.9W，Ra为67，色温为5000K）（a）。夏普2011年3月上市的高输出白色LED“照明用LED元件”中，色温为3000K的产品在输入25.9W电力时的光通量为2370lm（b）。

　　夏普开发出了输入25.9W电力时可获得2370lm光通量的产品。在室内照明一般要求的色温为3000K、Ra为83的条件下，实现了91.5lm/W发光效率。该产品大量使用了内部量子效率得到提到的自主开发蓝色LED芯片。