實(shí)現(xiàn)白光LED原理、方案與光效和光電

1993年日本日亞化學(xué)公司在藍(lán)色GaNLED技術(shù)上突破并很快產(chǎn)業(yè)化，于1996年實(shí)現(xiàn)白光LED，并申請多項(xiàng)專利保護(hù)。

　　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(chǎn)生巨大節(jié)能效果。
 
　　白光LED及組合成光源具有許多優(yōu)點(diǎn)：固體化，體積小、壽命長(萬小時(shí))、抗震，不易破損，啟動響應(yīng)時(shí)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?yàn)榘坠釲ED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(cái)力，設(shè)立專門的機(jī)構(gòu)和計(jì)劃推動白光lED研發(fā)。2001年7月美國第一項(xiàng)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(jì)化合物半導(dǎo)體”。世界著名的照明公司和半導(dǎo)體材料器件公司紛紛合作，重組集團(tuán)，發(fā)展白光IED。
 
　　2實(shí)現(xiàn)白光LED原理和方案

　　簡單地講有三種原理可實(shí)現(xiàn)白光LED：

　　(1)藍(lán)色LED芯片和可被藍(lán)光有效激發(fā)的發(fā)黃光熒光粉有機(jī)結(jié)合組成白光LED。一部分藍(lán)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(lán)光混合，調(diào)控它們的強(qiáng)度比即可得到各種色溫的白光；
　　(2)將紅、綠、藍(lán)三基色LED組成一個(gè)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(lán)三基色熒光體有機(jī)結(jié)合組成白光LED。

　　英光體的選用可以是高效的無機(jī)或有機(jī)熒光體或兩者結(jié)合。當(dāng)前是以由藍(lán)色I(xiàn)nGaNLED芯片和可被藍(lán)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(jī)結(jié)合實(shí)現(xiàn)發(fā)白光LED，這是目前的主導(dǎo)方案，在國內(nèi)外已產(chǎn)業(yè)化。圖3表示當(dāng)前典型的白光LED的發(fā)射光譜，它是由InGaN芯片發(fā)藍(lán)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(shù)發(fā)展分析，白光LED的光效可以達(dá)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LED從1998-2002年光效提高和預(yù)期發(fā)展。

　　目前人們將白光LED劃分為2005年和2010年兩個(gè)階段目標(biāo)。2005年后開始替代白熾燈，進(jìn)入商業(yè)照明；2010年進(jìn)入家庭照明。達(dá)到預(yù)定目標(biāo)白光LED有兩個(gè)問題必須克服。
　　●　成本價(jià)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(lán)色、紫外LED芯片，LED封裝(包括熒光粉涂敷工藝)及熒光粉進(jìn)行改進(jìn)。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(lán)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(yù)計(jì)大大提前。
　　(3)芯片倒置新技術(shù)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(dá)到新水平。最近美國南加洲大學(xué)采用四元AlInGaN多層量子阱(MQW)技術(shù)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(jié)構(gòu)。對20μm×1000μm這種條狀器件而言，發(fā)射峰為340nm時(shí)的輸出功率高達(dá)1mw。

　　若實(shí)現(xiàn)第一個(gè)目標(biāo)，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(shí)現(xiàn)第2個(gè)目標(biāo)進(jìn)入家庭照明，在2010-2015年白光LED的光效達(dá)到150-200lm／w，美國可節(jié)能約25GW電能。當(dāng)然，我們必須看到，實(shí)現(xiàn)1001m／w普及照明，還存在相當(dāng)大的困難。對我國采說，遇著難得的機(jī)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(dāng)大的挑戰(zhàn)和知識產(chǎn)權(quán)的壁壘。迄今高效藍(lán)色和藍(lán)紫色LED芯片還不能工業(yè)化規(guī)模生產(chǎn)，但我國稀土熒光粉有其優(yōu)勢。