白光LED封装 色坐标分析
LED封装行业分光分色标准中的色坐标与黑体轨迹
LED封装行业分光分色标准中的色坐标与黑体轨迹LED封装行业中的色坐标与黑体轨迹是一个重要的标准,用于描述LED的光谱特性和颜色表达能力。
本文将从LED封装行业中色坐标和黑体轨迹的概念、作用以及标准制定过程等方面进行详细介绍。
一、色坐标的概念和作用色坐标,是用来描述光的颜色的参数,通常用于表示色彩的三个分量,包括红(R)、绿(G)和蓝(B)三个通道的亮度值。
色坐标的测量可以通过光谱分析仪和色度计等设备进行,得到的结果通常以CIE XYZ三个参数来表示。
在LED封装行业中,色坐标的作用非常重要。
首先,色坐标可以用来描述LED的色域范围,也就是表示了LED能够表达的颜色范围。
例如,RGB三基色的组合可以产生较大范围的颜色,而仅有红光和蓝光的组合则只能产生较少的颜色。
因此,通过色坐标的测量,可以评估LED在色彩表现上的能力。
此外,色坐标还可以用于判断LED的色温和显色指数等参数。
色温是指LED发出的光的颜色表征,通常用Kelvin(开尔文)单位表示。
在LED封装行业中,常用的色温有暖白光(2700K-3500K)、自然光(4000K-4500K)和冷白光(5000K-6500K)等。
显色指数是描述光源对物体颜色再现能力的指标,常用的指标是CRI(Ra)。
色坐标可以用来确定LED的色温和显色指数,从而对其光谱特性进行评估。
二、黑体轨迹的概念和作用黑体轨迹是描述光源颜色变化的轨迹,是指通过改变光源的色温,观察到的颜色变化的轨迹。
通常使用CIE 1931色度图来表示黑体轨迹,该图以色坐标(X,Y)来表示光源的颜色。
黑体轨迹在LED封装行业中的作用是非常重要的。
首先,黑体轨迹可以用来评估LED的光源质量。
在黑体轨迹中,我们可以观察到光源颜色的连续性和一致性。
如果黑体轨迹呈现出平直、光滑的曲线,说明LED的颜色变化较为平衡且连续;反之,如果呈现出波状或非线性的变化,说明LED的颜色会出现跳变或不均匀的情况,这可能会影响到其在照明领域的应用。
【精选】色度学、色坐标,色温,容差,显色指数
色坐标,色温,容差,显色指数是什么关系?该如何控制?2700K X:0.463 Y:0.420 4000K X:0.380 Y:0.3805000K X:0.346 Y:0.359 6400K X:0.313 Y:0.337色坐标反映的是被测灯管颜色在色品图中的位置,他是利用数学方法来表示颜色的基本参数。
色温就是说灯管在某一温度T下所呈现出的颜色与黑体在某一温度T0下的颜色相同时,则把黑体此时的温度T0定义为灯管的色温。
容差是表征的是光源色品坐标偏离标准坐标点的差异,是光源颜色一致性性能的体现.显色指数实际上就是显示物体真实颜色的能力,这里的真实颜色指的是在太阳光下照射所反映出的颜色。
显色指数与色温是有关系的,一般而言,色温越低显色指数越高,白炽灯就是100,节能灯通常在75-90之间。
显色指数反映了照明体复现颜色的能力,根据人们的生活习惯,认为日光下看到的颜色为物体的真实颜色.色坐标和容差\色温是有关系的,坐标确定后容差和色温也就确定.但他们和现色指数无关.控制它们主要是要稳定制灯工艺,特别是粉层厚薄和真空度,充氩量.然后用荧光粉进行调配,不要随意更换荧光粉厂家.色坐标与色容差是有关系的,色坐标是根据色标图而算出来的,色差就是实际测出的色坐标与标准的差。
色差大从一方面来说也就是你的灯管的稳定性怎么样,以我的经验,你可以去检查一下氩气是否达到工艺要求(氩气适当多一些可增强灯管的一致性),由于T5是自动圆排机,所以也要检查一下系统的真空度是否良好(真空度差也会使颜色产生较大的差异,最后去测一下,圆排机烘箱的上下端温度差是否在40以内。
白光LED光通量随色坐标增大而增加研究了在蓝光芯片加黄色荧光粉制备白光LED方法中,色坐标位置对光通量的影响。
在同样蓝光功率条件下,我们对标准白光点(色坐标x=0.33±0.05,y=0.33±0.05)附近不同色坐标位置的光通量进行了计算。
假设(0.325,0.332)位置流明效率为100 lm/W,计算得出,最大光通量对应的色坐标位置为(0.35,0.38),光通量为112 lm;最小光通量对应的色坐标位置为(0.29,0.28),光通量为93.5 lm。
电光源资料-坐标与色温公式
用InGaN蓝光LED与YAG荧光粉制造自然白光LED The Fabrication of White LED Using InGaN Blue LEDand YAG Fluorescence物理学院物理学系98级王宇方摘要本文报导了通过结合自行研制的InGaN/GaN蓝光发光二极管(LED)与钇铝石榴石(YAG)荧光粉结合而得的白光发光二极管(W-LED)。
在室温、正向电压3.5V、正向电流20mA时W-LED轴向亮度为1cd,CIE色坐标为(0.31,0.38),接近纯白色(0.33,0.33)。
关键词:白光,LED,Y AG荧光粉AbstractIt is reported that the white light emitting diodes are fabricated by combining InGaN/GaN blue LED and YAG fluorescence. At forward voltageV f =3.5V, forward current If=20mA, and room temperature, the luminousintensity of the white LED is 1cd, and the chromaticity coordinate (x, y) (0.31, 0.38), which is near to the pure white (0.33,0.33).Key words: white light, LED, YAG fluorescence全固体白光发光二极管(W-LED)将作为照明光源取代以爱迪生发明的白炽灯泡为代表的照明光源,引发照明界的一场革命,已取得科学界与产业界的共识。
[1,2]作为照明光源,W-LED具有体积小、寿命长等优点,而且,与白炽灯相比,后者的辐射主要集中在红外区,产生大量热量,W-LED则是一种冷光源,辐射主要集中在可见光区,几乎不产生热,也消除了非可见光区电磁波对人体的危害;与荧光灯相比,W-LED的制造与使用过程都不会引入汞的污染,与叠有许多线状光谱的荧光灯光谱,W-LED的连续光谱更接近自然光;此外,由于使用低于5V 的直流电源,W-LED不会有50Hz的闪烁现象;由于灯体封装在树脂中,W-LED 对震动等因素不敏感,比灯丝或灯管对环境的适应性更高。
LED封装行业分光分色标准中的色坐标与黑体轨迹
LED封装行业分光分色标准中的色坐标与黑体轨迹LED封装行业分光分色标准中的色坐标与黑体轨迹LED封装是指将LED芯片封装成具有电气连接和保护功能的封装组件,用于LED照明和显示等领域。
在LED封装的质量控制中,分光分色是一个非常重要的指标,它决定了LED灯光的颜色质量和一致性。
在分光分色中,色坐标和黑体轨迹是两个重要的概念。
色坐标是使用国际标准色度学系统CIE(国际照明委员会)所定义的一种方法,用于描述光源或物体的颜色。
CIE定义了三个标准主色刺激函数X、Y和Z,通过这三个函数的线性组合可以表达所有可能的颜色。
色坐标通常用于描述天然光源和人工光源的颜色,包括LED灯。
在LED封装行业,色坐标常用的表示方法是CIE xy坐标。
这个坐标系统基于CIE RGB色彩空间,将其投影到一个二维平面上。
xy坐标将CIE RGB色彩空间中的所有颜色全部映射到一个三角形区域内,这个三角形的三个顶点分别代表三个主色刺激函数X、Y和Z。
xy坐标系中的任意一点都可以通过对这三个主色刺激函数进行线性组合得到。
在LED封装行业分光分色标准中,通常会规定LED的色坐标范围。
以白光LED为例,常见的色坐标范围是以CIE 1931标准照明器件的色坐标为准,将白光定义在蓝色刺激函数Y与红色刺激函数X的2000K至6000K的直线段上。
这个范围之外的白光将被认为是失色的。
在分光分色中,黑体轨迹是另一个重要的概念。
黑体是指一种完美的辐射体,它可以吸收并将电能完全转化为光能,没有任何能量损耗。
黑体的辐射能力随着温度的升高而增大,同时辐射的颜色也会发生变化。
黑体在色度学中的表现形式就是黑体轨迹。
黑体轨迹通过计算黑体辐射在各种温度下的色坐标,得到一个随温度变化的色坐标序列。
用黑体轨迹可以表示各种颜色的光源在不同温度下的色域和色温。
在LED封装行业中,常用的黑体轨迹是相对于标准照明源的一个黄色光源的黑体轨迹。
黄色光源的色温通常是2700K,也是家庭照明中常用的暖色调光源。
白光分解到红绿蓝色坐标公式 解释说明以及概述
白光分解到红绿蓝色坐标公式解释说明以及概述1. 引言1.1 概述本文将探讨白光分解到红绿蓝色坐标公式的解释说明以及概述。
在可视化和颜色科学领域,白光是一个重要的研究对象。
了解如何将白光转换为红绿蓝(RGB)色坐标对于理解颜色的生成和表示方式至关重要。
1.2 文章结构本文主要分为四个部分。
首先,将介绍文章的背景和目的。
接着,在第二部分中,我们将详细介绍白光的组成与性质以及红绿蓝色坐标系统的基本知识。
然后,我们将推导出白光分解到红绿蓝色坐标公式的具体过程。
在第三部分中,我们将探讨这一公式在实际应用领域中的意义和应用方法,并讨论其对颜色概念和表达方式的影响。
最后,在结论部分,我们将总结主要观点和发现,并展望未来对该公式进行进一步研究和应用的可能性。
1.3 目的本文旨在提供一个清晰简明的解释说明,帮助读者理解白光如何分解到红绿蓝色坐标公式,并认识其在实际应用中的重要性和意义。
通过本文的阅读,读者将能够更好地理解颜色的生成和表达方式,以及如何利用白光分解到红绿蓝色坐标公式进行实际应用和分析结果可视化表示。
2. 白光分解到红绿蓝色坐标公式的解释说明:2.1 白光的组成与性质:白光是由多种颜色的光波混合而成的。
在可见光谱中,白光包含了所有频率和波长的色彩。
根据干涉和衍射现象,我们知道白光可以被分解为不同颜色的光譜。
2.2 红绿蓝色坐标系统简介:红绿蓝色坐标系统是一种常用的表示和描述颜色的方式,也被称为RGB(Red Green Blue)颜色模型。
该模型中,通过对于红、绿、蓝三种基本颜色的不同强度组合,可以产生出所有其他可能的颜色。
在RGB模型中,每个基本颜色有一个取值范围从0到255之间。
其中0代表该基本颜色没有贡献到最终颜色中,255则代表该基本颜色得到了最大程度上的贡献。
2.3 白光分解到红绿蓝色坐标公式的推导过程:当白光经过适当方式的分解装置后,可以将其分解为特定强度和频率范围内的红、绿和蓝光。
然后,通过测量每个颜色通道的强度,可以计算出对应的RGB分量值。
LED特性和白光LED的基础知识与驱动色坐标和波长与电流的关系
LED特性和白光LED的基础知识与驱动 很多年来,发光二极管(LED)广泛的应用于状态显示与点阵显示板。
现在,不仅可以选择近期刚刚研发出来的蓝光和白光产品(普遍用于便携设备),而且也能在已有的绿光、红光和黄光产品中选择。
例如,白光LED被认为是彩色显示器的理想背光源。
但是,必须注意这些新型LED产品的固有特性,需要为其设计适当的供电电源。
本文描述了新、旧类型LED的特性,以及对驱动电源的性能要求。
标准红光、绿光和黄光LED 使LED工作的最简单的方式是,用一个电压源通过串接一个电阻与LED相连。
只要工作电压(V B)保持恒定,LED就可以发出恒定强度的光(尽管随着环境温度的升高光强会减小)。
通过改变串联电阻的阻值能够将光强调节至所需要的强度。
对于5mm直径的标准LED,图1给出了其正向导通电压(VF)与正向电流(IF)的函数曲线。
[1] 注意LED的正向压降随着正向电流的增大而增加。
假定工作于10mA正向电流的绿光LED应该有5V的恒定工作电压,那么串接电阻RV 等于(5V -VF,10mA)/10mA = 300。
如数据表中所给出的典型工作条件下的曲线图(图2)所示,其正向导通电压为2V。
图1. 标准红光、绿光和黄光LED具有1.4V至2.6V的正向导通电压范围。
当正向电流低于10mA时,正向导通电压仅仅改变几百毫伏。
图2. 串联电阻和稳压源提供了简单的LED驱动方式。
这类商用二极管采用GaAsP (磷砷化镓)制成。
易于控制,并且被绝大多数工程师所熟知,它们具有如下优点: •所产生的色彩(发射波长)在正向电流、工作电压以及环境温度变化时保持相当的稳定性。
标准绿光LED发射大约565nm的波长,容差仅有25nm。
由于色彩差异非常小,在同时并联驱动几个这样的LED时不会出现问题(如图3所示)。
正向导通电压的正常变化会使光强产生微弱的差异,但这是次要的。
通常可以忽略同一厂商、同一批次的LED之间的差异。
led显示屏白场色坐标参数
led显示屏白场色坐标参数
白场色坐标参数是LED显示屏的重要参数之一,用于描述白色的色度和亮度。
一般来说,LED显示屏的白场色坐标参数分为色温和色坐标两种。
色温是用来描述色光的冷暖程度的一个参数,常用单位是开尔文(K)。
一般来说,色温越高,白光就越冷,越低则越暖。
在LED显示屏中,常见的色温有3000K、4000K、5000K、6000K等,其中5000K是一种较为中性的色温,被认为是最符合人眼视觉的白光色温。
色坐标参数则是用来描述白光的色度的一个参数,一般用三个数字来表示色光在红绿蓝三个颜色轴上的坐标位置。
在LED显示屏中,常用的色坐标参数有x、y、u、v等,其中x、y坐标是一种较为常见的参数,被认为是最能反映白光在色度空间中的位置的参数。
总之,白场色坐标参数是LED显示屏中非常重要的参数,它可以决定显示效果的质量和体验,因此在选择和使用LED显示屏时需要注意这一参数的选择和调整。
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白色发光二极管色坐标和显色指数的一致性
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关
键
词 :白 色 LE D;色 坐 标 ;显 色 指 数 ;绿 色 照 明
文 献 标 识 码 :A
中 图 分 类 号 :TN3 2 8 1.
白 色 发 光 二 极 管 已 经 成 为 发 光 二 极 管 家 族 中 的 一 员 , 于 其 在 " 色 照 明 工 程 " 的 由 绿 中 巨 大发 展 潜 力 , 因而 受 到 人 们 的 广 泛 重 视 . 白 色 发 光 二 极 管 在 制 备 过 程 中 与 其 他 颜 色 发 光 二极 管 不 同 的 是 它需 要 加 上 涂 粉 工 艺 , 粉 的 一 致 性 对 白色 发 光 二 极 管 的 色 坐 标 和 显 涂 色 指 数 的 影 响非 常 大 , 色 坐标 和 显 色 指 数 是 照 明 光 源 的重 要 技 术 指 标 .美 国光 谱 技 术 而 公 司 制 备 的 白色 发 光 二 极 管 的 色 坐 标 范 围 为 X 一 0 2 . 8~ 0 3 , 一 0 2 . 8Y . 8~ 0 3 . 我们 .8在
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第 1 7卷
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20 0 2年 6月
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LED封装行业分光分色标准中的色坐标、黑体轨迹、等温线等色度学概念的计算方法
LED封装行业分光分色标准中的色坐标、黑体轨迹、等温线等色度学概念的计算方法摘要在当今全球能源紧缺的环境下,节约能源已成为全人类共同的意识。
同时,国家也在大力倡导节能减排,在刚刚成功举办的2010年上海世博会和2008年的北京奥运会都不约而同的以绿色节能为主题,这就给中国LED照明产业的发展带来了巨大的历史机遇。
发光二极管(LED)作为新一代绿色光源,与传统光源(白炽灯、荧光灯和高强度放电灯等)相比,具有节能、环保、响应时间短,体积小,寿命长、抗震性好等多项优势,因而受到人们的青睐,成为各国半导体照明领域研究的热点。
本文主要是围绕LED的发光原理和LED封装行业的发展状态,重点探讨在LED封装行业分光分色标准制定过程中涉及的色坐标、等色温线、黑体轨迹曲线等色度学概念的计算方法,为LED封装行业的工程师提供非常实用的理论指导。
关键词:LED、等色温线、黑体轨迹。
第一章前言发光二极管(Light Emitting Diode,即LED)于20世纪60年代问世,在20世纪80年代以前,只有红光、橙光、黄光和绿光等几种单色光,主要作为指示灯使用,这一时期属于LED“指示应用阶段”。
20世纪90年代初,LED的亮度有了较大提高,LED的发展和应用进入了“信号和显示阶段”。
1994年,日本科学家中村修二在GaN基片上研制出了第一只蓝光LED,在1997年诞生了InGaN蓝光芯片+YAG荧光粉的白光LED,使LED的发展和应用进入了“全彩显示和普通照明阶段”。
LED作为一种固态冷光源,是一种典型的节能、环保型绿色照明光源,必将成为继白炽灯、荧光灯和高强度放电灯(HID)之后的第四代新光源。
LED芯片通常用III-V族化合物半导体材料(如GaAs、GaP、GaN)通过外延生产工艺制造而成,其发光核心是PN结,具有一般PN结的特性,即正向导通,反向截止、击穿特性等。
LED发光原理是LED在正向电压下,电子由N区注入P区,空穴由P区注入N区,电子和空穴在PN结复合,其中部分复合能转换成辐射发光,另一部分转换成热辐射,后者不产生可见光。
白光LED光谱分析
白光LED光谱分析1.白光LED光谱紫外线含量分析此点参数如下:此处波长:395.0nm相对光谱:0.000,即<千分之一表示:未检测到紫外线光(或含量极小可忽略不计)紫外线分界点380nm定义:小于该值的为紫外线区评价标准:1.最好Ra > 802.良好Ra > 753.一般Ra > 704.差Ra > 655.极差Ra < 65以上为相对标准,暂无行业统一标准可参照.评价标准:1.最好η>100%2.良好η> 90%3.一般η> 80%4.差η> 70%5.极差η> 60%以上为相对标准,暂无行业统一标准可参照.分析:人的感受: 清爽、轻快适用场所: 办公室、站台、站厅、控制室、客厅等5.白光LED光源色品性能分析分析:1.主波长:一个光谱色按一定比例与一个参照光源(如CIE标准光源A、B、C等,等能光源E,标准照明体D65 等)相混合而匹配出来的颜色,这个光谱色就是颜色的主波长。
2.色纯度(Purity):其为以主波长描述颜色时之辅助表示,以百分比计,定义为待测件色度坐标与E光源之色度坐标直线距离与E光源至该待测件主波长之光谱轨迹(SpectralLocus)色度坐标距离的百分比,纯度愈高,代表待测件的色度坐标愈接近其该主波长的光谱色,是以纯度愈高的待测件,愈适合以主波长描述其颜色特性。
3.峰值波长:一波长λ0的光强最大,该波长为峰值波长。
4.平均波长:某一准单色光源光谱辐射分布图中的“重心”所对应的波长。
6.白光LED光源色品性能分析这条黑色狭长的弧线就是黑体轨迹,就是普朗克轨迹planckian locus色品图上表示不同温度下普朗克辐射体(黑体)色品的点的轨迹。
COB LED 光谱分析
以上摘自一盏额定功率5 w的COB封装白光LED的测试报告。
请问第一张彩图显示的是什么测试结果?请依据该测试报告对该COB LED的光色电参数进行评价。
第一张彩图为该白光LED在电压为15.7V,电流为0.309A,输入功率为4.9 W 时的相对光谱功率分布图。
该白光LED的色品坐标位置位于CIE 1931色度图中的黑体辐射坐标曲线上方,对应的相关色温为6303K。
由被测LED器件的色度坐标,采用等能白光E光源(x0=0.333314,y0=0.333288)作为参照光源来计算出该LED的主波长。
计算时根据色度图上连接参照光源色度点与样品颜色色度点的直线的斜率,查表读出直线与光谱轨迹的交点,确定主波长。
对应的色纯度由该样品色度点到等能白光色度点的距离与等能白光点到主波长交点的距离的比值计算得出。
红色比指的是光谱成分中600~780nm的部分占全光谱(380nm~780nm)的比值。
峰值波长449.6nm对应的是LED蓝光芯片的发射的蓝光峰值波长,对应的半宽度为21.5nm。
通常将普朗克辐射体和标准照明体D选为低色温(<5000K)和高色温(>5000K)光源的显色指数参考标准。
该LED的相关色温为6303,参照标准为标准照明体D。
根据国际照明组织(CIE)的规定,显色指数可以被分为特殊显色指数以及一般显色指数。
14种样品的试验颜色被用到显色性评价,一般显色指数的计算运用其中l号到8号试验样品的颜色,这些都是选自孟塞尔色标中非常具有代表性的色调,并且有中等彩度与明度;Ra即为前8个试验样品的显色指数平均值。
国际照明组织把其余的六种颜色样品用于计算特殊颜色显色指数,R15则作为补充。
该白光LED的光通量为405.41 lm,发光效率为光通量与输入电功率的比值,为83.21 lm/w,对应的辐射功率为1029.9 mW,即输入的电功率仅有21%被转化成可见光发射出来。
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白光LED封装由于高辉度蓝光LED的问世,因此利用荧光体与蓝光LED的组合,就可轻易获得白光LED。
目前白光LED已成为可携式信息产品的主要背光照明光源,未来甚至可成为一般家用照明光源。
此外最近几年出现高功率近紫外LED,同样的可利用荧光体变成白光LED,LED的特点是小型、低耗电量、寿命长,若与具备色彩设计自由度、稳定、容易处理等特点的荧光体组合时,就可成为全新的照明光源。
通常LED与荧光体组合时,典型方法是将荧光体设于LED附近,主要原因是希望荧光体能高效率的将LED产生的光线作波长转换,而将荧光体设于光线放射密度较高的区域,对波长转换而言是最简易的方法。
此外荧光体封装方法决定白光LED的发光效率与色调,因此接着将根据白光化的观点,深入探讨LED与荧光体的封装技术。
蓝色LED+YAG荧光体的白光化封装图1是目前已商品化白光LED,具体而言它是将可产生黄光的YAG:Ce荧光体分散于透明的环氧树脂内,再用设于碗杯内的蓝色LED产生的光线激发转换成白光,这种方式的白光发光机制是利用LED产生蓝色光线,其中部份蓝光会激发YAG荧光体变成黄色发光,剩余的蓝光则直在外部进行蓝光与黄光混色进而变成白光,这种方式的特点是结构简单,只需在LED的制作过成中追加荧光体涂布工程即可,因此可以大幅抑制制作成本,此外另一特点是色度调整非常单纯。
图1 蓝光LED+YAG荧光体图2是改变树脂内YAG荧光体浓度之后,LED色坐标plot的结果,由图可知只要色坐标是在LED与YAG荧光体两色坐标形成的直线范围内,就可任意调整色调,依此可知YAG荧光体浓度较低时,蓝色穿透光的比率较多,整体就会呈蓝色基调白光;相对的如果YAG荧光体浓度较高时,黄色转换光的比率较多,整体呈黄色基调白光。
如上所述将部份蓝色LED当作互补色的方式,不需要高密度(与树脂的百分比)的荧光体涂布,因此可以有效降低荧光体的使用量。
一般而言荧光体与树脂的百分比,虽然会随着YAG荧光体的转换效率,与碗杯的形状而改变,不过10~20wt%左右低配合比就能获得白光。
此外由于蓝光LED放射的光强度,在中心轴与周围的分布并不相同,即使LED芯片周围的YAG荧光体的密度完全相同,仍然会造成轴上与周围的光线不均等问题,这也是今后必需克服的课题之一。
图3是蓝光LED+YAG荧光体白光LED制作流程;图4典型的发光频谱,由图可知Lead Frame Type与Chip Type都是将蓝光LED设于碗杯内,再用混有定量YAG荧光体的树脂涂布封装。
由于LED具备小型、省电、长寿等特征,因此已经广泛应用于行动电话、PDA等可携式信息产品的背光照明光源,以及步道引导灯等领域。
图2 蓝光LED+YAG荧光体的色度调整方法图3 荧光体的涂布工程图4 YAG荧光体+蓝光LED的发光频谱近紫外LED+RGB荧光体的白光化封装有关LED芯片与荧光体组合构成白光LED的方式,除了以上介绍的蓝色LED+YAG荧光体以外,近紫外LED+RGB荧光体的组合方式,最近也越来越受到重视,这种方式的特征是将LED产生的近紫外光,分别转换成R、G、B再合成变成白光,它所cover的白光领域比蓝色LED+YAG 荧光体方式更宽广,此外紫外光转换成R、G、B的动作原理与传统荧光灯相同,因此没有色彩不均的困扰而且演色性非常优秀。
利用R、G、B荧光体产生白光的场合,通常事先会根据一定的混合比率调整各荧光体,因此接着要介绍荧光体的调整方法。
一般而言评鉴光源色彩时,若使用XYZ表色系(CIE1931)作说明会比较容易理解。
基本上它是根在XYZ表色系再用下式求得光源色彩的三个刺激值:S(λ):光源放射量的相对分光分布。
此外XYZ表色系的等色关数,相当于标准比视感度V(λ),因此利用式(1)求得的Y刺激值成为表示亮度的尺寸。
一般光源的色彩是用(Y,x,y)方式表示,因此又称为CIE表色值。
RGB荧光体的场合,若欲利用各荧光体的CIE表色值作简计算,必需先用荧光分光器量测相对分光分布,再代入式(1)与式(2)就可获得各表色值,这种情况通常会希望激发各荧光体的波长,都能落在LED发光中心波长附近,如此一来就能以相同的测试条件,利用各荧光体的相对分光分布使表色值作相对性处理。
此处假设RGB荧光体的表色(Y,x,y)分别如下:R荧光体:(YR,xR,yR)G荧光体:(YG,xG,yG)B荧光体:(YB,xB,yB)有关白色目标色度坐标W(xW,yW) 的各Y刺激值比率(YR,YG,YB) ,根据加法混色法则下列关系就能成立:Y:YG:YB=此处(x0,y0) 表示直线R-G与直线R-W的交点坐标。
图5 RGB荧光体的色度调整方法实际混合制程是将RGB荧光体的色度坐标代入式(3),依此方式所求得的Y刺激值比率可用混合率加以调整。
假设各荧光体的Y刺激值量测结果为YY ,Yg,Yb,如此一来可变成白色目标色度坐标W的混合比率(R:G:B) 就可用下式表示:通常混合制程大多采用重量比方式,因此各荧光体之间的借贷密度差很大时就必需修正式(4)。
假设RGB各荧光体之间的借贷密度分别是(DY ,Dg,Db),则混合比率(R:G:B) 可用下式表示:图6是调整后的RGB混合荧光体混入适当的透明胶合剂(binder),并涂布在透明基板上,制成试样时的近紫外LED(发光峰值波长为384nm)发光特性。
一般荧光体膜层的穿透辉度有所谓的峰值厚度,如果膜厚超过峰值厚度,穿透辉度会随着厚度的增加逐渐降低。
造成该现象主要原因是激发光照射方向与取光方向相同有关,尤其是激发照射面附近密度较高的光线,会随着厚度的增加容易被遮蔽;相较之下反射辉度则是随着膜层厚度而增加,如同穿透辉度一样它不会因为膜层厚度增加而减少,该现象与上述的情况不同,主要原因是激发光照射方向图6 RGB荧光体的发光特性图7 RGB荧光体膜层的断面由图7(a)可知binder与荧光体的混合较高时,荧光体充填密度也随着增高,根据图6的方法利用近紫外LED激发试料时,穿透辉度峰值的膜厚等同于实用膜厚(50~100μm),因此紫外线穿透比较少;相对的图7(b)的binder与荧光体混合较低时,荧光体充填密度随着减少,荧光体膜层内的binder体积率变大,因此利用近紫外LED激发试料时,部份激发紫外光不但无法被荧光体吸收,反而会穿过binder放射至外部,使得紫外光穿透量变多,而转换成可视光的换换效率亦随着降低,除此之外穿透辉度达到峰值时的膜厚,则会朝更厚方向移动而该膜厚比实用膜厚更厚,因此一般与紫外LED组合的荧光体膜层,大多会采用较高的充填密度。
图6是典型的近紫外LED+RGB荧光体的封装方法,实际上这种封装方法可分为穿透式与反射式两种。
图8是穿透式的封装方式,基本上它是用GaN系近紫外LED以Flip Chip方式封装于蓝宝石基板,再用高反射率金属当电极,因此它的光输出是传统透明电极face up结构的二倍左右。
由于电极导线直接从LED chip取至外部,因此可将荧光体层设于LED chip表面。
有关荧光体的封装,基本上它是在玻璃基板上,制作紫外线反射膜与RGB荧光体层,接着再加工成与LED chip size大小相同的外形,设于荧光体下方并与LED chip接合,为了使LED chip根据以上的说明可知不论何种方式,利用荧光体转高效率换成可视光时紫外光的泄漏量并非零,因为其中部份紫外光会放射至外部,所以必需设置紫外光反射膜,也就是说如何亦提高荧光体的转换效率成为今后主要课题之一。
图10是发光频谱的实例。
图9 反射式白光LED的结构图10 白光LED(近紫外LED+RGB荧光体)高功率白光LED的封装以上介绍的白光LED芯片,大小大约是0.3mm正方,每个LED的光束大约是1~2流明左右,如果以白光LED当作一般照明光源,甚至要取代全光束为800流明的60瓦灯泡,至少必需使用500个的白光LED,如此一来对白光LED而言,势必丧失原有的优势,因此相关业界相继提案希望加大LED芯片尺寸,藉此提高每个LED的光束,例如LED芯片的大小若是1mm正方时,驱动电流会从目前的20mA提高10倍变成200mA,如此便可大幅提高光输出,不过提高输出会面临如何有效排放LED芯片产生的热能等问题。
一般利用近紫外激发荧光体产生白光的蓝光LED,外部量子效率(注入芯片的电子数与取至外部光子数的百分比)大约是10~20%,最近发表的近紫外LED外部量子效率则为30%,换句话说其它电气能量大部份都在LED芯片内转成热能,而且LED芯片产生的热能是与驱动电流成比例增加,加上芯片周围的温度上升会造成LED的发光峰值波长移动、荧光体的发光效率降低、周围材料劣化等问题,因此封装整体的散热设计成为高功率LED不可或缺的一环。
图11是Heat Sink Type Stem上方mount 1mm正方的近紫外LED的外观图,该LED的顺向电流500mA时的光输出为190mW,发光峰值波长为384mm,50~500mA时的发光峰值波长移动低于0.5nm,图12是封装荧光体时的点灯外观。
树脂Mould‧LED密封树脂的现况LED依照封装外形可分为表面封装型与炮弹型两种,以往是以炮弹型为主流,之后由于小型化的需求,造成表面封装型的需求逐渐增加,不过最近基于大电流与散热结构等考量,因此出现所谓的大型封装技术。
表面封装型又可分为利用transfer mould,将设于印刷基板上的组件与金线密封(照片1-①)方式,与利用reflector形成lead frame方式(照片1-②、1-③)两大类。
照片1 商品化的LED种类与结构‧透明液状环氧树脂LED常用的透明环氧树脂主要是利用酸无水物硬化效应,主剂与硬化剂两液使用前必需均匀混合才能使用,主剂成份是Epoxy Oligomer、粘度调整剂、着色剂等等;硬化剂成份是酸无水物与触媒量硬化促进剂,虽然硬化物性会随着主剂与硬化剂的配合比改变,不过一般是设计成当量比为1:1,就可获得最适宜的物性。
图13是LED用透明环氧树脂主成份的构造式。
一般而言所谓的Epoxy Oligomer是以Bis-Phenol A Glycigeru Ather与Bis-Phenol F Type为主,此外为防止玻璃转移点变高、树脂变色,所以添加脂环式Epoxy。
图13 LED封装用环氧树脂的成份结构式虽然有许多硬化剂与硬化促进剂可供环氧树脂选择,不过应用在LED的密封必需是透明状硬化物,因此硬化剂的使用受到相当程度的限制,例如酸无水物通常会选用MeHHPA或是HHPA;硬化促进剂则以Amine系、Imidazol、Lin系为主,不过实际成份则是各厂商的know how。
如上所述环氧树脂含有许多成份,所以它的反应结构非常复杂。