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白光LED简析
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灯具, 节能灯, LED照明, 日光灯, 荧光灯, ...
1993年日本日亚化学公司在蓝色GaN LED技术上突破并很快产业化,于1996年实现白光LED,并申请多项专利保护。

1 重要意义:用途广,特别是用作新光源——第四代照明光源,未来将产生巨大节能效果。

白光LED及组合成光源具有许多优点:固体化,体积小、寿命长(万小时)、抗震,不易破损,启动响应时间快(纳秒)耗电量小,无公害(无汞)等。各国政府和公司赋予极大热忱和高度重视,这是因为白光LED有庞大照明市场和显著节能效果的前景。为此,美国、日本、欧洲注入大量人力和财力,设立专门的机构和计划推动白光lED研发。2001年7月美国第一项主张“新一代照明首创”(NGLl)提供基金的立法议案,作为参议院能源法案S1766,Sec.1213的一部分提交给国会审议。日本政府也制定“21世纪化合物半导体”。 世界著名的照明公司和半导体材料器件公司纷纷合作,重组集团,发展白光IED。

2 实现白光LED原理和方案

简单地讲有三种原理可实现白光LED:

(1)蓝色LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光荧光粉有机结合组成白光LED。一部分蓝光被荧光粉吸收,激发荧光粉发射黄光。发射的黄光和剩余的蓝光混合,调控它们的强度比即可得到各种色温的白光;

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(2)将红、绿、蓝三基色LED组成一个象素(pixel)也可得到白光;

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(3)像三基色节能灯那样,发紫外光LED芯片和可被紫外光有效激发而发射红、绿、蓝三基色荧光体有机结合组成白光LED。

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英光体的选用可以是高效的无机或有机荧光体或两者结合。当前是以由蓝色InGaN LED芯片和可被蓝光有效激发的发黄光的铈激活的稀土石榴石荧光粉有机结合实现发白光LED,这是目前的主导方案,在国内外已产业化。图4表示当前典型的白光LED的发射光谱,它是由InGaN芯片发蓝光光谱及YAG:Ce体系荧光体发黄光光谱所组成。

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3 白光LED的光效和光电

从理论和技术发展分析,白光LED的光效可以达到2001m/w以上,白光LED短短5年中光效提高6倍,图表表示白光LEO从1998-2002年光效提高和预期发展。

目前人们将白光LED划分为2005年和2010年两个阶段目标。2005年后开始替代白炽灯,进入商业照明;2010年进入家庭照明。达到预定目标白光LED有两个问题必须克服。

成本价格必须降到US$0.01/lm
必须提高光效和光通。

答案是肯定的。人们正对蓝色、紫外LED芯片,LED封装(包括荧光粉涂敷工艺)及荧光粉进行改进。对芯片来说:

(1)发展大尺寸芯片,例如最近Cree公司推出0.15W的蓝光的900900um大尺寸芯片;

(2)制造大功率芯片,芯片为5W的已推向市场,这比2000年战略研讨会的预计大大提前。

(3)芯片倒置新技术使外量子效率提高。

(4)积极研制波长更短的紫外LED,这样,比目前使用的YAG:Ce荧光粉效率高许多的三基色荧光粉很多,使白光LED达到新水平。最近美国南加洲大学采用四元AlInGaN多层量子阱(MQW)技术研制出发射峰可从305nm到340nm的紫外LED。这是目前最短的UVLED。对20μm×1000μm这种条状器件而言,发射峰为340nm时的输出功率高达1mw。

若实现第一个目标,2005-2007年开始部分取代白炽灯,对美国来说,可节约10GW电能;实现第2个目标进入家庭照明,在2010-2015年白光LED的光效达到150-200lm/w,美国可节能约25GW电能。当然,我们必须看到,实现1001m/w普及照明,还存在相当大的困难。对我国采说,遇着难得的机遇,政府积极支持,列入 新绿色照明和节能规划中。但又面临相当大的挑战和知识产权的壁垒。迄今高效蓝色和蓝紫色LED芯片还不能工业化规模生产,但我国稀土荧光粉有其优势。 (end)
文章内容仅供参考 (投稿) (2/2/2010)
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