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白光LED光源照明具有綠色環保、壽命超長、節能、體積小、重量輕、回應快、工作電壓低及安全性好的特點,因此被稱為繼白熾燈、日光燈和節能燈之後的21世紀綠色照明光源。讓LED發出白光是有多種方式的,目前廣泛應用並已實現產業化的方式是在LED晶片上塗敷螢光粉而實現發射白光。 由於LED採用螢光粉實現白光的三種方法,在技術上並沒有完全成熟,所以嚴重地限制了白光LED在照明領域的普及應用。
第一種方案是由全球最大LED廠日本的日亞化公司(Nichia)所壟斷的,即在藍色LED晶片上塗敷能被藍光激發的黃色螢光粉,原理是通過晶片發出的藍光與螢光粉發出的黃光互補形成白光。不過,這種方案的一個原理性的缺點就是該螢光體中Ce3+離子的發射光譜不具連續光譜特性,因此,顯色性較差、發光效率不夠高,難以滿足低色溫照明的需求,要想解決這個問題必須通過開發新型的高效螢光粉來改善。
第二種方案是在藍色LED晶片上塗覆綠色和紅色螢光粉,其原理是通過晶片發出的藍光與螢光粉發出的綠光和紅光複合得到白光,這樣顯色性就比較好。缺點就是這個方案所用的螢光粉有效轉換效率低,只有提高紅色螢光粉的效率才能得到改善。
第三種方案是在紫光或紫外光LED晶片上塗敷三基色或多種顏色的螢光粉,其原理是利用該晶片發射的長波紫外光(370nm-380nm)或紫光(380nm-410nm)來激發螢光粉而實現白光發射,這種方案的顯色性比前兩種方案都要好,但是所用的螢光粉有效轉換效率也較低,並且紅色和綠色螢光粉一般為硫化物體系,所以這類螢光粉發光穩定性差、光衰較大。只有開發出更高效的、低光衰的LED專用螢光粉才能取得較高的轉換效率。
儘管以上三種方案實現白光LED都有一些問題或缺點,但是採用螢光粉來製作彩色LED卻有不少優點,原因如下:
一、雖然不使用螢光粉,也能研製出各種不同顏色的彩色LED,但是這些不同顏色LED的發光效率相差很大。而採用螢光粉就可以利用某些波段LED發光效率高的優點來製備其他波段的LED,以提高該波段的發光效率。目前,已經有廠商研製出高效螢光粉,改進了有些綠光LED廣泛應用於手機背光源,取得了十分不錯的效果和經濟效益。
二、由於LED的發光波長現在還很難精確控制,因而會造成有些波長的LED得不到應用而出現浪費,而採用螢光粉可以將這些所謂的"廢品"轉化成我們所需要的顏色而得到利用。
三、採用螢光粉方案可以使一些LED的光色變得更加柔和或鮮豔,以達到適應不同需求的目的。其中,螢光粉在白光LED領域應用最為廣泛。再加上螢光粉其自身特殊的優點,所以在彩色LED中也能應用螢光粉達到既定的需求。
展望未來,螢光粉在白光LED和彩色LED上的應用僅僅是剛剛起步,許多技術還需要改進與更新,相信在科技工作者的深入研究和開發後,LED會在螢光粉的幫助下大放異彩。