逐步市场细化的白光LED及其他应用详解

光光谱如图2b所示。

这些杂化产品（直接蓝光和红光加pc-绿光）的发光效率显著提高，且可获得高显色指数（CRI）值。由于红、绿、蓝（RGB）LEDs中三个独立发光体随时间的推移具有不同的光谱漂移，且具有不同的热降解率，使得其颜色稳定性较差。

可独立控制RGB中每个通道的复杂且昂贵的电路需要补偿这个不想要的效应，所以这些构造在白光应用中的使用有限。对于功能照明以及物体和建筑照明而言，由额外电子元件提供混色功能（可动态改变输出色彩的基调）是非常有前景的。

图2. LED发射白光的不同方法

a．白光LEDs示意图。左：三个直接发光LEDs（蓝光，InGaN；绿光，InGaN；红光，AlInGaP）。右：两个直接发光LEDs（蓝光，InGaN；红光，AlInGaP）和一个绿光pc-LEDs。

b. 由直接发蓝光和红光的LEDs和一个绿光pc-LED组合而成的白光LED的发光光谱。灰色阴影谱线：人类眼睛灵敏度曲线。

c. 半导体LEDs的外量子效率（EQE）。蓝色方块，InGaN基LEDs；红色三角形，AlInGaP基LEDs；绿色方块，绿光pc-LED。

d. 白光pc-LED和涂层上转换发光材料的蓝光InGaNLED示意图。

e. 具有宽带黄光荧光的白光pc-LED的发光光谱。

f. 国际照明委员会（CIE，1931年）绘制的黑体曲线（实心黑点线）和CCT值。白色方块表示直接蓝光LED和黄色发光材料（YAG:Ce）的CIE颜色坐标。所有感知颜色都可沿着pc-LED的点线获得。

g. CCT=2，700 K的pc-LEDs的发光光谱。黑线：窄带红光Sr［LiAl3N4］：Eu2+ LED（CRI=98，R9》90）。白色虚线：Sr［LiAl3N4］：Eu2+发光概括。紫色曲线：商用LED（CRI = 96，R9》80）。两个LEDs显示出了与2，700 K黑体辐射（黑色点划线）良好的匹配关系。而采用窄带红光材料的pc-LED在红外区域的溢出（黑色的向下箭头）明显减小。

h. CIE图。白色方块表示直接蓝光LED、黄色发光材料（YAG:Ce）、额外红色荧光的CIE颜色坐标（Sr［LiAl3N4］：Eu2+）。Pc-LED添加混合可获得所有的颜色，用三角形表示。在此，可获得黑体曲线（黑色实线）的几乎所有CCT值。

根据混色原理（图2d），基于pc-LED策略提供白光的一个简单方法是结合单个蓝光InGaN芯片和一个或多个可见光区的发光材料。遵循这一策略，早在1996年由Nichia开发的第一款商业化白光pc-LEDs就使用Ce3+掺杂的石榴石材料（如Y3？xGdxAl5？yGayO12:Ce3+ （YAG:Ce））来发射宽谱黄光（图2e、f）。只使用单一的荧光，限制了CRI《75光源在冷白光和日光范围内（相关色温 CCT=4，000-8，000 K）的性能。然而，接近理论极限的高转换效率令这些器件成为那些要求具有与日光相媲美CCT值（~6，400 K）汽车前灯的重要组成部分。

理想自然色彩感知度的照明应用首选更低的CCT值（2，00-4，000 K）和更高的CRIs》80。使用两个或两个以上发光材料（例如，绿光至黄光的LuAG:Ce或YAG:Ce结合红光（Ba，Sr）2Si5N8:Eu2+或（Sr，Ca）AlSiN3:Eu2+）更容易实现这些参数。调整这些材料的比例，可以获得接近于黑体辐射的覆盖整个可见光区的连续发射光谱（图2g、h）。然而，CRI》90的高光质量（通常用于需要最自然色彩的博物馆、医疗室、零售商店等）通常以牺牲发光效率为代价。考虑到人眼视觉灵敏度曲线（图2b），650 nm以后的光子很弱，造成发光效率的巨大损失。因此，相比于更注重红光部件的pc-LED，可通过精细调节发光材料发射光谱的位置和宽度使得pc-LED 更好的适应视觉感知（同时也具有更高的发光效率）。

提高白光中的红色发光材料

美国能源部最近设定了2020年照明级白光LED发光效率200 Im W-1的市场标准。如此高的效率通常要求pc-LEDs在苛刻的条件完成，例如芯片表面温度达到200℃（由高电流密度产生）和主蓝光LEDs的快速光子泵率。

因此，适当的荧光需要在这些条件下表现出高转换效率、快速衰减、以及高的抗热降解。Eu2+掺杂的氮化物如 （Ba，Sr）2Si5N8:Eu2+（通常其发射峰中心介于λem ~590–625 nm，半峰宽FWHM为2，050-2，600 cm-1）或者（Ca，Sr）AlSiN3:Eu2+（λem ~610–660 nm， FWHM ~2，100–2，500 cm？1）已经作为商用照明级白光pc-LEDs中红光材料。

然而，发射光谱的相关部分超出了人眼灵敏度范围（红外溢出，图2g），限制了器件的整体发光效率。Sr1？xCaxS:Eu2+（λem ~615–650 nm， FWHM ~1，550–1，840 cm？1）等更窄发射材料也进行了测试，但由于其与封装材料会发生化学反应及其随温度升高转换效率受限等原因，限制了工业应用。

最近的研究获得了一类新的