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化，于1996年實現白光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，未來將產生巨大節能效果。
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　　白光LED及組合成光源具有許多優點：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。2001年7月美國第一項主張“新一代照明首創”(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，發展白光IED。
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　　2 實現白光LED原理和方案
　　簡單地講有三種原理可實現白光LED：
　　(1)藍色LED芯片和可被藍光有效激發的發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，激發熒光粉發射黃光。發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)像三基色節能燈那樣，發紫外光LED芯片和可被紫外光有效激發而發射紅、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的發黃光的鈰激活的稀土石榴石熒光粉有機結合實現發白光LED，這是目前的主導方案，在國內外已產業化。圖3表示當前典型的白光LED的發射光譜，它是由InGaN芯片發藍光光譜及YAG：Ce體系熒光體發黃光光譜所組成。
　　3 白光LED的光效和光電?
　　從理論和技術發展分析，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，發射峰為340nm時的輸出功率高達1mw。
　　若實現第一個目標，2005-2007年開始部分取代白熾燈，對美國來說，可節約10GW電能；實現第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，美國可節能約25GW電能。當然，我們必須看到，實現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 新綠色照明和節能規劃中。但又面臨相當大的挑戰和知識產權的壁壘。迄今高效藍色和藍紫色LED芯片還不能工業化規模生產，但我國稀土熒光粉有其優勢。