红色荧光粉在照明白光LED中的应用研究

魏 岚     韩钧祥     戴茜玲

厦门通士达照明有限公司     厦门     361026

摘要    研究了二价Eu激活的碱土金属硫化物红色荧光粉对LED光色参数的影响。结果表明，加入红色荧光粉后，在降低色温和提高显色性的同时，光通量大幅度降低，因此，本方法对低色温LED是不实用的。

关键词    碱土硫化物     YAG     荧光粉     LED

上世纪90年代中期，人们用蓝光芯片和YAG：Ce³⁺ 黄色荧光粉制出了白光LED光源，但色温较高，一般在5000K以上，为了降低色温，制出高显色暖白色的LED，我们采用了通用的方法，即在黄色荧光粉中增加红色荧光粉的方法进行了试验。^[1]、[2]

一、原料和仪器

    黄色荧光粉：采用发射峰值波长约为545nm的YAG：Ce³⁺黄粉；

红色荧光粉：采用二价Eu激活的碱土金属硫化物；

激发发射光谱的测量：使用Fluorolog 3-12型荧光分光光度计；

LED光色性能的测量：使用SPR-920D光谱辐射分析仪。

二、试验步骤和内容

按不同比例将黄粉与红粉混合均匀，分别称取一定量的混合粉与环氧树脂等材料配成浆液，同时进行点胶、烘干等工序，利用同种芯片（台湾芯片）封装成的φ5 20mA LED管子进行测试^[3]，结果如表1。

表1  在同种封装工艺条件下含有不同比例荧光粉的LED光色参数对比

三、结果讨论

从表1可以看出除了蓝光芯片及蓝光芯片和红色荧光粉封装成的LED光色参数外，中间的三种LED随着红色荧光粉的比例增大，色温降低了，CRI提高了，这和紧凑型荧光灯的现象是一致的，但是光通量却下降得太多，其原因可以从图1中二价Eu激活的碱土金属硫化物红色荧光粉的激发光谱得到解释，由于它的激发光谱很宽，从380nm一直延伸到600nm，在这样一个激发范围中，不仅覆盖了蓝光LED的发射波长，而且也覆盖了大部分YAG：Ce³⁺黄色荧光粉的发射波长^[4]，因此，二价Eu激活的碱土金属硫化物不仅把蓝光LED的能量部分地转成了红光，而且把YAG：Ce³⁺ 荧光粉发出的对人眼最敏感的黄绿光也部分地转成了红光，这样总的LED光通量自然就会大幅度地下降。如表1所示，色温从5492K降到4226K，降低了1266K，显色指数从75.9提高到78.9，提高了3，色温的降低和显色指数的提高并不多，可是光通量却从3.392lm降到1.864lm，降低了45%，这自然是不合理的。

图1：黄粉与硫化物红粉的激发光谱图             图2：黄粉与硫化物红粉的发射光谱图

     黄粉λem: 544nm，红粉λem: 632nm              λex: 460nm

如果能有一种红色荧光粉，最好是三价Eu激活的荧光粉，它的激发光谱是较窄的带状、峰值波长在460nm左右的光谱，那么，加入这种红色荧光粉会避免上述红色荧光粉的弊病。于是，我们也研究了Eu³⁺ 激活的氧化物体系LED红粉的激发发射光谱，其发射波长很理想，处在人眼对红光光谱最敏感的610nm附近，但激发光谱为线谱，对芯片的发光光谱要求太严，也是不实际的。

总之，我们认为用加入当前红色荧光粉的方法来降低色温，提高显色指数的方法对低色温普通照明LED是不妥当的，因为它大大降低了LED的光通量。因此，要降低LED色温提高显色性，还得从其它方面努力。

参考文献：

1  Jianping Wu , David Newman , Ian V.F. Viney , Study on relationship of luminescence in CaS:Eu,Sm and dopants concentration , Journal of Luminescence 99(2002) 237-245

2  Young-Duk Huh, Jae-Hoon Shim, Youhyuk Kim, and Young Rag Do, Optical Properties of Three-Band White Light Emitting Diodes, Journal of The Electrochemical Society, 150 (2) H57-H60 (2003)

3  魏岚 ，韩钧祥 ，照明白光LED光源色参数一致性探讨，CLC-10 Dalian’2004第十届全国发光学学术会议论文摘要集，P228-229

4  魏岚 ，韩钧祥 ，高亮度白光LED用YAG：Ce³⁺ 荧光粉的研制，2005中国（厦门）国际半导体照明论坛，P193-195

Study on application of red phosphors in lighting W-LEDs

Wei Lan    Han Junxiang    Dai Qianling
Xiamen Topstar Lighting Co., Ltd    Xiamen    361026

Abstract
The effect of Eu²⁺ activated alkaline earth sulfide on light and color parameters of LED has been studied . The result has shown that, by means of adding red phosphor, color temperature of LED can be lowered and color rendering index raised , but luminous flux is greatly lowered . Therefore , it is not practical to add the red phosphor to blue-LED and YAG：Ce³⁺.
Key words :   alkaline earth sulfide ,   YAG ,   phosphor ,   LED