白光LED簡介及應用

1993年日本日亞化學公司在藍色GaN LED技術上突破并很快產業(yè)化，于1996年實現(xiàn)白光LED，并申請多項專利保護。
　　1 重要意義：用途廣，特別是用作新光源——第四代照明光源，未來將產生巨大節(jié)能效果。
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　　白光LED及組合成光源具有許多優(yōu)點：固體化，體積小、壽命長(萬小時)、抗震，不易破損，啟動響應時間快(納秒)耗電量小，無公害(無汞)等。各國政府和公司賦予極大熱忱和高度重視，這是因為白光LED有龐大照明市場和顯著節(jié)能效果的前景。為此，美國、日本、歐洲注入大量人力和財力，設立專門的機構和計劃推動白光lED研發(fā)。2001年7月美國第一項主張“新一代照明首創(chuàng)”(NGLl)提供基金的立法議案，作為參議院能源法案S1766，Sec.1213的一部分提交給國會審議。日本政府也制定“21世紀化合物半導體”。 世界著名的照明公司和半導體材料器件公司紛紛合作，重組集團，發(fā)展白光IED。
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　　2 實現(xiàn)白光LED原理和方案
　　簡單地講有三種原理可實現(xiàn)白光LED：
　　(1)藍色LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉有機結合組成白光LED。一部分藍光被熒光粉吸收，激發(fā)熒光粉發(fā)射黃光。發(fā)射的黃光和剩余的藍光混合，調控它們的強度比即可得到各種色溫的白光；
　　(2)將紅、綠、藍三基色LED組成一個象素(pixel)也可得到白光；?
　　(3)像三基色節(jié)能燈那樣，發(fā)紫外光LED芯片和可被紫外光有效激發(fā)而發(fā)射紅、綠、藍三基色熒光體有機結合組成白光LED。
　　英光體的選用可以是高效的無機或有機熒光體或兩者結合。當前是以由藍色InGaN LED芯片和可被藍光有效激發(fā)的發(fā)黃光的鈰激活的稀土石榴石熒光粉有機結合實現(xiàn)發(fā)白光LED，這是目前的主導方案，在國內外已產業(yè)化。圖3表示當前典型的白光LED的發(fā)射光譜，它是由InGaN芯片發(fā)藍光光譜及YAG：Ce體系熒光體發(fā)黃光光譜所組成。
　　3 白光LED的光效和光電?
　　從理論和技術發(fā)展分析，白光LED的光效可以達到2001m／w以上，白光LED短短5年中光效提高6倍，圖表表示白光LEO從1998-2002年光效提高和預期發(fā)展。
　　目前人們將白光LED劃分為2005年和2010年兩個階段目標。2005年后開始替代白熾燈，進入商業(yè)照明；2010年進入家庭照明。達到預定目標白光LED有兩個問題必須克服。
　　　成本價格必須降到US$0.01/lm
　　　必須提高光效和光通。
　　答案是肯定的。人們正對藍色、紫外LED芯片，LED封裝(包括熒光粉涂敷工藝)及熒光粉進行改進。對芯片來說：
　　(1)發(fā)展大尺寸芯片，例如最近Cree公司推出0.15W的藍光的900900um大尺寸芯片；
　　(2)制造大功率芯片，芯片為5W的已推向市場，這比2000年戰(zhàn)略研討會的預計大大提前。?
　　(3)芯片倒置新技術使外量子效率提高。?
　　(4)積極研制波長更短的紫外LED，這樣，比目前使用的YAG：Ce熒光粉效率高許多的三基色熒光粉很多，使白光LED達到新水平。最近美國南加洲大學采用四元AlInGaN多層量子阱(MQW)技術研制出發(fā)射峰可從305nm到340nm的紫外LED。這是目前最短的UVLED。圖3表示這種UVLED芯片結構。對20μm×1000μm這種條狀器件而言，發(fā)射峰為340nm時的輸出功率高達1mw。
　　若實現(xiàn)第一個目標，2005-2007年開始部分取代白熾燈，對美國來說，可節(jié)約10GW電能；實現(xiàn)第2個目標進入家庭照明，在2010-2015年白光LED的光效達到150-200lm／w，美國可節(jié)能約25GW電能。當然，我們必須看到，實現(xiàn)1001m／w普及照明，還存在相當大的困難。對我國采說，遇著難得的機遇，政府積極支持，列入 新綠色照明和節(jié)能規(guī)劃中。但又面臨相當大的挑戰(zhàn)和知識產權的壁壘。迄今高效藍色和藍紫色LED芯片還不能工業(yè)化規(guī)模生產，但我國稀土熒光粉有其優(yōu)勢。