使每个封装实现1万lm的光通量

使每个封装实现1万lm的光通量

在100℃下工作时发光效率只降低3％左右

　　要求白色LED具有“温度稳定性”是为了使发光效率在实际使用环境下不发生大幅变化。

　　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9）。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9：减弱荧光材料性能的温度依赖性
 夏普面向照明用途开发并已开始供货的白色LED（输入功率为25W的产品），对发光效率的温度依赖性较小。该公司表示，采用了发光效率随温度变化较小的荧光材料。由此抑制了亮度的降低。（图：夏普）

除可见光以外均为无用光
“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10）。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10：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11）。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）。

注1）三菱化学参加了日本新能源产业技术综合开发机构（NEDO）的项目“旨在提高led照明的效率和品质的基础技术开发”，正在开发可实现高效率及高显色白色LED的GaN基板。

图11：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）