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白光LED具有使用寿命长、高效节能、无汞污染等优点被誉为继白炽灯、荧光灯、气体放电灯之后的第四代照明光源,可以满足人们对安全、节能、环保、舒适、美观等多方面要求。目前使用最广泛、技术最成熟的白光LED技术是单蓝光芯片加YAG:Ce黄色荧光粉封装方案,它是用蓝光LED芯片发出的蓝光激发YAG:Ge荧光粉产生黄光与部分未被吸收的蓝光耦合而成白光。通过改变YAG:Ce荧光粉的化学组成和优化荧光层的厚度,可以调节白光LED的色温和显示性,这种白光封装方式在高色温情况下,光效和显示性较高,但是,在低色温下,显色性就不太理想。特别是在色温低于5500K时,显色指数一般低于70。
本文主要从色度学和芯片设计角度出发,采用双蓝光波长芯片激发YAG:Ce荧光粉的方法来提高白光LED发射光谱的宽度,从而提高白光LED的显色性。围绕双蓝光波长芯片激发YAG:Ce荧光粉的白光LED的相关外延芯片制备与封装问题进行研究,并对相关器件物理问题进行分析,以期获得基于YAG:Ce单荧光粉的高显色性白光LED的制备技术。具体研究内容如下:
(1)利用MOCVD系统在同一蓝宝石衬底上生长InGaN/GaN混合量子阱结构的双蓝光波长LED。通过调节量子阱个数、生长顺序和量子阱中In组分等生长参数来调节双蓝光波长LED发射光谱的峰值位置和相对强度,以得到单芯片的双蓝光发射。
(2)使用掩膜、光刻、ICP刻蚀、电子束蒸发等芯片制作工艺将生长的外延片加工成350×350μm2的LED芯片,并对所制备的双蓝光波长LED的光电特性进行测试与分析。通过改变LED的驱动电流能实现双蓝光发光峰的平衡发射,此外,阻抗分析发现双蓝光波长LED具有较强的负阻抗现象,而单蓝光LED芯片却没有负阻抗现象。
(3)将所制备的双蓝光波长芯片与YAG:Ce荧光粉封装成白光LED,并对这种白光LED的流明效率、光功率、显色指数和色温等特性进行研究。结果表明:双蓝光波长芯片加YAG:Ce单荧光粉的白光LED在20 mA时,显色指数为75；而在80mA时显色指数增加到88,相关色温在6500K左右。此外,初步老化结果显示这种白光LED的发射光谱具有较好的稳定性。
本文围绕基于YAG:Ce单荧光粉的高显色指数白光LED的相关芯片制备与封装技术问题进行研究,探索实现基于YAG:Ce荧光粉封装的低色温、高显色性的白光LED制备技术,对于克服传统单蓝光芯片激发YAG:Ce荧光粉封装的白光LED在低色温下低显色性缺陷具有一定的现实意义。