白光LED在100℃下工作時(shí)發(fā)光效率只降低3％左右。要求白色LED具有“溫度穩(wěn)定性”是為了使發(fā)光效率在實(shí)際使用環(huán)境下不發(fā)生大幅變化,。
白色LED目錄值的發(fā)光效率大多是在25℃的環(huán)境溫度下,，施加脈沖狀電流測(cè)量所得。此時(shí),，藍(lán)色LED芯片發(fā)光部的溫度（接合溫度）約為25℃。不過,，實(shí)際用于產(chǎn)品中時(shí),，接合溫度會(huì)上升至85～100℃。在普通白色LED中,，溫度上升后的發(fā)光效率與25℃時(shí)相比會(huì)降低10～15％,。
在部分最新產(chǎn)品中，已經(jīng)有抑制了發(fā)光效率變化的品種,。例如,，飛利浦流明的照明用途白色LED在接合溫度為100℃時(shí)，其發(fā)光效率只比25℃時(shí)降低3％左右,。為提高散熱性,，將LED芯片在陶瓷基板上進(jìn)行倒裝芯片封裝，另外,，為減輕溫度對(duì)內(nèi)部量子效率的影響,，還采用了量子阱構(gòu)造等。
夏普2011年3月開始供貨的照明用白色LED,，其發(fā)光效率隨溫度發(fā)生的變化也比較?。▓D1）,。盡管輸入功率高達(dá)25W，降低接合溫度比較困難,，但在白色LED表面溫度（外殼溫度）為70℃時(shí),，其發(fā)光效率和光通量與25℃時(shí)相比只下降了5～6個(gè)百分點(diǎn)。該公司表示,，與其他公司的同等產(chǎn)品相比,，將降幅控制在約一半。通過采用性能隨溫度變化較小的熒光材料等,，實(shí)現(xiàn)了較高的溫度穩(wěn)定性,。
圖1：減弱熒光材料性能的溫度依賴性
“顯色指數(shù)”是將白色LED作為普通照明器具光源廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)之上的重要指標(biāo)。目的是為了與原光源不產(chǎn)生不協(xié)調(diào)感,。此前,，白色LED的顯色指數(shù)大多以平均顯色指數(shù)（Ra）為基準(zhǔn)。不過,，隨著用于照明用途的情況增加,，僅Ra已經(jīng)不能滿足使用，還要求具有較高的特殊顯色指數(shù),，例如彩度較高的紅色和綠色等,。
白光LED在100℃下工作時(shí)發(fā)光效率只降低3％左右。要求白色LED具有“溫度穩(wěn)定性”是為了使發(fā)光效率在實(shí)際使用環(huán)境下不發(fā)生大幅變化,。
白色LED目錄值的發(fā)光效率大多是在25℃的環(huán)境溫度下,，施加脈沖狀電流測(cè)量所得。此時(shí),，藍(lán)色LED芯片發(fā)光部的溫度（接合溫度）約為25℃,。不過，實(shí)際用于產(chǎn)品中時(shí),，接合溫度會(huì)上升至85～100℃,。在普通白色LED中，溫度上升后的發(fā)光效率與25℃時(shí)相比會(huì)降低10～15％,。
在部分最新產(chǎn)品中,，已經(jīng)有抑制了發(fā)光效率變化的品種。例如,，飛利浦流明的照明用途白色LED在接合溫度為100℃時(shí),，其發(fā)光效率只比25℃時(shí)降低3％左右。為提高散熱性,，將LED芯片在陶瓷基板上進(jìn)行倒裝芯片封裝,，另外，為減輕溫度對(duì)內(nèi)部量子效率的影響,，還采用了量子阱構(gòu)造等,。
夏普2011年3月開始供貨的照明用白色LED,，其發(fā)光效率隨溫度發(fā)生的變化也比較小（圖1）,。盡管輸入功率高達(dá)25W,，降低接合溫度比較困難，但在白色LED表面溫度（外殼溫度）為70℃時(shí),，其發(fā)光效率和光通量與25℃時(shí)相比只下降了5～6個(gè)百分點(diǎn),。該公司表示，與其他公司的同等產(chǎn)品相比,，將降幅控制在約一半,。通過采用性能隨溫度變化較小的熒光材料等，實(shí)現(xiàn)了較高的溫度穩(wěn)定性,。
圖1：減弱熒光材料性能的溫度依賴性
“顯色指數(shù)”是將白色LED作為普通照明器具光源廣泛應(yīng)用基礎(chǔ)之上的重要指標(biāo),。目的是為了與原光源不產(chǎn)生不協(xié)調(diào)感。此前,，白色LED的顯色指數(shù)大多以平均顯色指數(shù)（Ra）為基準(zhǔn),。不過，隨著用于照明用途的情況增加,，僅Ra已經(jīng)不能滿足使用,，還要求具有較高的特殊顯色指數(shù)，例如彩度較高的紅色和綠色等,。
顯色指數(shù)通過改進(jìn)熒光材料來(lái)提高,。不過，提高顯色指數(shù)也會(huì)出現(xiàn)發(fā)光效率降低的問題,。例如,，假設(shè)Ra為70的普通白色LED的發(fā)光效率為100％，則Ra80時(shí)會(huì)降低10％,，Ra90時(shí)會(huì)降低20％。“以前在Ra為90以上時(shí),，發(fā)光效率會(huì)降低30％”（日亞化學(xué)工業(yè)）,。因此與以前相比，現(xiàn)在已經(jīng)改善了很多,，不過今后還有很大的改進(jìn)余地,。
改進(jìn)的重點(diǎn)是，“減少可視范圍以外的發(fā)光”（飛利浦流明日本）（圖2）,。一般情況下,，白色LED為提高Ra和紅色顯色指數(shù)（R9）會(huì)添加紅色熒光材料，紅色熒光材料的發(fā)光光譜可到達(dá)700nm以上的近紅外領(lǐng)域,。由于肉眼看不見可視范圍以外的光,，因此這部分的能源全部浪費(fèi)了,。所以該公司采用了可減少這部分光的紅色熒光材料。
圖2：減少可視范圍以外的發(fā)光
采用紅色熒光材料的話,，在700nm以上的長(zhǎng)波長(zhǎng)側(cè)也能觀測(cè)到發(fā)光,。這種在可視范圍以外的光肉眼并看不到，因此會(huì)造成能源效率的浪費(fèi),。所以,，通過采用可抑制可視范圍以外發(fā)光的紅色熒光材料，能抑制發(fā)光效率降低,。
為兼顧高顯色指數(shù)和發(fā)光效率,，還有廠商考慮使用非極性GaN基板。三菱化學(xué)為提高Ra和特殊顯色指數(shù),，沒有使用藍(lán)色LED芯片,，而是采用紫色LED芯片來(lái)開發(fā)組合使用藍(lán)色、綠色和紅色熒光材料的白色LED（圖3）,。該公司計(jì)劃采用非極性GaN基板大幅提高目前只有50lm/W左右的發(fā)光效率注1）,。
圖3：實(shí)現(xiàn)高顯色指數(shù)特性
三菱化學(xué)開發(fā)的組合使用紫色LED（發(fā)光波長(zhǎng)為405nm）和藍(lán)色、綠色及紅色熒光材料的白色LED,，可大幅提高各個(gè)顏色的顯色指數(shù),。（圖由本站根據(jù)三菱化學(xué)在“Green Device論壇2010”上的演講資料制作）
麥克亞當(dāng)橢圓在2級(jí)以內(nèi)
認(rèn)為“均勻性”現(xiàn)在也是白色LED課題的照明器具廠商絕不在少數(shù)。組合使用多個(gè)白色LED時(shí),，如果白色LED之間的白色光色度不同,，就無(wú)法獲得均勻的光。白色LED的均勻性采用名為“麥克亞當(dāng)橢圓（MacAdam Ellipse）”的色度差評(píng)價(jià)法,。各廠商一般在該評(píng)價(jià)的6級(jí)以內(nèi)開發(fā)白色LED,，不過也有在4級(jí)以內(nèi)和2級(jí)以內(nèi)開發(fā)產(chǎn)品的LED廠商。例如,，美國(guó)科銳就開發(fā)出了號(hào)稱在2級(jí)以內(nèi)的產(chǎn)品,。
降低白色LED產(chǎn)品間色度不均的方法有很多種（圖4）。其中,，科銳選擇的是在藍(lán)色LED芯片上鋪設(shè)熒光材料層使之成為白色LED芯片后,，將多個(gè)白色LED芯片收納在封裝內(nèi)的方法（圖4（b））。封裝整體的發(fā)光光譜與全白色LED芯片的發(fā)光光譜重合,。為了使白色LED芯片發(fā)光光譜的平均值接近,，組合使用了封裝內(nèi)的LED芯片?？其J利用該方法,，實(shí)現(xiàn)了2級(jí)以內(nèi)的產(chǎn)品供貨。
圖4：可降低色調(diào)不均的各種方法
最經(jīng)常采用的是，為使發(fā)光光譜的平均值相同,，安裝多個(gè)藍(lán)色LED芯片,，將其封裝在采用熒光材料的樹脂封裝中（a）。此外還具有組合使用多個(gè)白色LED芯片的方法（b）,、在每個(gè)藍(lán)色LED芯片上組合使用與發(fā)光光譜重合的熒光材料的方法（c）,、以封裝的狀態(tài)安裝多個(gè)藍(lán)色LED，然后組合使用熒光板的“remote phosphor”（d）方法等,。
計(jì)劃使每個(gè)封裝實(shí)現(xiàn)1萬(wàn)lm的光通量
關(guān)于“光通量的大小”,，計(jì)劃一個(gè)封裝實(shí)現(xiàn)1000lm以上的光通量。對(duì)產(chǎn)品廠商而言,，在采用多個(gè)白色LED的用途方面,，具有可減少部件數(shù)量、提高產(chǎn)品設(shè)計(jì)自由度等優(yōu)點(diǎn),。
光通量超過1000lm的白色LED已經(jīng)有幾款產(chǎn)品面世（圖5）,。例如，西鐵城電子將銷售能夠輸入41.9W的大電力,、光通量達(dá)到4390lm的產(chǎn)品,。通過配備200個(gè)藍(lán)色LED芯片，獲得了高光通量,。藍(lán)色LED芯片采用小型品,，通過將芯片側(cè)面發(fā)出的光有效輸出到封裝外，提高了發(fā)光效率,。該公司還計(jì)劃采用最多可配備400個(gè)芯片的設(shè)計(jì),，以使一個(gè)封裝獲得1萬(wàn)lm的光通量。
圖5：迎來(lái)了一個(gè)封裝的光通量超過1000lm的時(shí)代
西鐵城電子開發(fā)的高輸出白色LED“CL-L340系列”中有最大光通量為4390lm的品種（輸入功率為41.9W,，Ra為67,，色溫為5000K）（a）。夏普2011年3月上市的高輸出白色LED“照明用LED元件”中,，色溫為3000K的產(chǎn)品在輸入25.9W電力時(shí)的光通量為2370lm（b）,。
夏普開發(fā)出了輸入25.9W電力時(shí)可獲得2370lm光通量的產(chǎn)品。在室內(nèi)照明一般要求的色溫為3000K,、Ra為83的條件下,，實(shí)現(xiàn)了91.5lm/W發(fā)光效率。該產(chǎn)品大量使用了內(nèi)部量子效率得到提到的自主開發(fā)藍(lán)色LED芯片,。