装方式是将发红色、黄色、蓝色这三种基础颜色的光发光整合到LED中,运用它们的发光效率比例进行混色从而得到白光。这种方式存在着很多的缺陷:首先封装的工艺和电路控制异常复杂导致了LED灯成本的上涨,此外由于多芯片LED是由多个芯片激发不同波段的光形成的白光,其中不同波段的发光LED其发光的强度随着温度和使用时间的衰减程度不同而变化会导致LED的稳定性和使用寿命下降。
(a)三基色基理图 (b)三基色对人眼刺激函数图图1.1三基色原理示意图
紫外LED与三基色的荧光粉通过封装相互结合从而产生白光,这种封装方法利用的激发光是紫外光,如图1.1所示三基色的荧光粉按照一定的比例调配紫外光穿过荧光粉从而得到白光。这种封装方法目前具有以下缺点:首先紫外光芯片与其他芯片相比发光效率较低;其次三基色混合的荧光粉中绿色与红色光会出现重吸收的现象使得发光效率降低。
蓝光+黄色荧光粉转换是指将蓝光芯片激发的蓝光通过点胶涂覆的黄色的荧光粉材料转换为白光,这种利用YAG:Ce3+的黄色荧光粉与蓝光结合发出白光LED封装方法,因为组装制造的工艺相对轻松,是工厂大规模生产的首选方法。现在,市面上的LED所使用的黄色荧光粉多为掺杂了铈元素的钇铝石榴石,然而这种传统的涂覆法的缺点便是荧光粉与蓝光芯片的接触过于密集不利于LED芯片的散热,匹配出的白光也会出现不均匀的现象,散射现象较为明显[5]。
其中就目前的LED封装技术来说,一只白光LED芯片在工作时,输入的电能只有10%左右用于产生照明的光能,其余的能量都变为热能在中途损失,这无疑造成对能源极大的浪费。而且工作中产生的这些热量在LED封装中无法被较好的散出,引起热能沉积,最终出现一系列导致白光LED发光效率降低的问题。所以如何使功率较大的白光LED的封装芯片所使用的结构具有更好的散热性能成为目前的研究课题之一。
1.2.3温度对白光LED芯片的影响
(1)温度对发光效率的影响
LED发光效率主要是由内量子效率和外量子量来决定的。内量子效率所指的是LED灯片将通入的电流的能量转化为光的能量,这两种能量的比值代表的是内量子转化率,而内量子转化率的大小即为内量子效率;外量子效率则代表的是LED整体释放出的光能和所需要的电能的比值大小,半导体物理中有相关知识表示内量子效率随温度的升高会降低。内量子效率发生变化产生变小降低的现象,这种现象将会直接影响外量子效率,其表征便是外量子效率数值的降低,所以若是LED芯片的伴随温度升高将会导致LED芯片的发光效率显著的降低[6,7]。
(2)温度对荧光效率的影响温度的上升也会对禁带宽度造成一定程度的影响,进而引起发光发生红移。随着温度的上升,光的波长会发生一定程度的偏移,使荧光粉得到的激发谱强度降低,从而导致荧光效率的下降。同时当温度逐渐的升高LED芯片的量子效率逐渐降低,相对的便会表现出发射光谱的衰减。当荧光粉在温度升高的时候激发效率和发射效率明显降低。所以,当温度逐渐变高的时候,LED的光效会逐渐下降,色温发生偏离,色域变小。
(3)温度对寿命的影响
LED在工作的时候出现的温度影响LED的工作时间长短的原理主要体现在以下的方面。首先是温度对LED芯片本身的影响,由于温度的升高会导致LED灯片中的原子发生扩散或者是引起内部的断层发生运动,化学反应和原子扩散则会加快LED灯片的老化使使用寿命降低;另一方面,温度的上升会导致LED中有机粘结剂的透过率明显下降从而使LED的发光性能发生改变,当温度过高时荧光粉甚至会出现碳化现象,降低LED的使用寿命[8]。