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1、中国照明电器CHINALIGHT&LIGHTING1功率型白光LED研究进展郑代顺钱可元(清华大学深圳研究生院半导体照明实验室广东深圳518055)摘要综述功率型白光LED的研究现状和存在的问题,并着重从LED芯片、封装技术和半导体照明灯具三个方面对白光LED的研究方向进行详细的评述。为实现节能、高效、环保的半导体照明,在芯片方面重点开发功率型高效蓝光和紫外LED芯片的半导体照明光源,提高其发光效率;在封装方面研究照明用功率型LED的封装技术,并提高其光提取效率和空间色度均匀性和改善散热技术;在LED灯具方
2、面开发功率型白光LED的半导体照明系统,设计LED专用驱动模块,研究半导体照明灯具的散热技术及其可靠性和色度均匀性问题,解决太阳能电池系统与LED照明系统的集成技术,以及降低半导体照明灯具的成本价格等是我们今后研究的重点。关键词白光LED半导体照明固体光源态冷光源。业内普遍认为,如同晶体管替代电子管一前言样,半导体灯取代传统的白炽灯和荧光灯,也是大势[1]人类第一次观察到半导体材料的发光现象是在所趋。1907年,但全球第一款商用发光二极管(LED)的问世半导体LED照明光源具有广阔的应用前景,主是在1965
3、年。随后不久Monsanto和惠普公司推出了要可用作城市改建、扩建工程等建设项目中所需的特用GaAsP材料制作的商用LED。这些早期的红色种光源、宣传橱窗的装饰照明灯、体育场馆的过道引LED的发光效率约为011lmPW,比普通白炽灯的发光路灯、停车场道路指示灯、公共信息指示牌内部照明效率(约15lmPW)还要低100多倍。1968年,LED的灯、草坪灯、庭院灯、壁灯、埋地灯、围墙灯、建筑物内研究取得了突破性进展,利用氮掺杂工艺使GaAsP部紧急出口指示牌、用作高速公路及其它高级公路的LED的发光效率达到了1
4、lmPW,并且能够发出红、橙交通信号灯、指示牌及护栏灯、立交桥、广告牌等公共和黄色光。到1971年,业界又推出了具有相同效率设施的照明灯、城市夜景装饰灯和用于其它城市景观的GaP绿色LED。1972年开始有少量LED用作钟表照明灯具等等。和计算器的显示屏。几乎与此同时,惠普与德州仪器1白光LED的工作原理和评价指标公司也推出了带7段红色LED显示屏的计算器。随着第二代半导体材料氮化镓的突破和蓝、绿发111白光LED的工作原理光二极管的问世,在与人类生产、生活息息相关的照LED是一种固体光源,它是利用半导体P
5、-N结明领域,正在孕育着第二次产业革命———照明技术革制成的发光器件。在正向导通时,半导体中的少数载命,其标志是基于白光LED的半导体灯逐步取代白流子和多数载流子复合,释放出的能量以光子或部分炽灯和荧光灯。半导体照明采用LED作为新型光以光子的形式发射出来。这种发光效应也可称为注源,同样亮度下,耗电仅为普通白炽灯的1/10,而寿入电致发光。由于不同半导体材料的带隙能量不同,命却可以延长100倍。因此激发光的波长也不同。所以,采用不同的材料可由于半导体照明具有高效、节能、环保、使用寿命制成不同颜色的发光二极管
6、。长、响应速度快、耐振动、易维护等显著优点,在国际目前实现照明用LED白光主要有如下三条途[2-4]上被公认是为最有可能进入通用照明领域的新型固径,且各有其优缺点:2中国照明电器2006年第3期(1)R1G1B三基色合成112照明用白光LED的评价指标将红、绿、蓝三色LED功率型芯片集成封装在单评价照明用功率型白光LED的性能优劣的主要个器件之内,调节三基色的配比,理论上可以获得各指标有光通量、色坐标、色温、显色指数和LED的相种颜色的光。通过调整三色LED芯片的工作电流可关效率。其中LED的相关效率包括:
7、产生宽谱带白光。(1)功率效率ηwp。表示LED发光器件的输出光此法由于没有Stocks频移造成的能量损失,在三功率与输入电功率之比。种方法中效率最高,色度也很好(Ra>95),同时生产(2)外量子效率ηout。表示LED发光器件的输出成本也最高。光子与输入电子数之比。其缺点是,由于三种颜色的LED量子效率不同,(3)内量子效率ηin。表示LED芯片产生的光子而且随着温度和驱动电流的变化不一致,随时间的衰数与输入电子数之比。减速度也各不相同,红、绿、蓝LED的衰减速率依次(4)光提取效率ηextract。表
8、示LED发光器件的输上升。因此,为了保持颜色的稳定,需要对三种颜色出光子数与LED芯片产生的光子数之比。[5,6]分别加反馈电路进行补偿,导致电路复杂,而且会(5)发光效率(或称流明效率)η。表示LED发光造成10%～15%的效率损失。器件的输出流明数与输入电功率之比。(2)UVLED+R1G1B荧光粉白光LED的发光效率可表示为采用高亮度的近紫外LED(～400nm)泵浦R1G1Bη=ηwp·ηo,ph·ηQD
