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1、2003年12月照明工程学报Dec.2003第14卷第4期ZHAOMINGGONGCHENGXUEBAOVol114No14高效率白光LED的技术开发王尔镇(南京华东电子集团公司,南京210028)摘要:本文介绍了近年来白光LED的发光机理、制造方式、新的发光材料、高效率白光LED的开发和技术进展。关键词:白光LED;发光效率;内部量子效率;固体光源;照明TechnologyDevelopmentofHighEfficiencyWhiteLEDWangErzhen(HuadongElectronicGroupCo.,Nanjing210028)AbstractThispaperint
2、roducestheemissionmechanisms,makingmethod,newlight2emittingmaterialofwhiteLED,anddevelopmentofhighefficiencywhiteLED.Keywords:whitelight2emittingdiode;lightefficiency;internal2quantumefficiencysolidlight2sources;lighting济费用仅为原灯经济费用的1P8,并预计在未来101前言年内LED用于照明的市场的数量将增长一个数量级。白光LED是LED用于照明的市场基础,白光196
3、2年成功开发了发光二极管(LED),先后研LED的开发成功预示着人类照明光源一次新的变革。制成功了红、橙、绿、蓝及红外和紫外的发光二极自1988年开发成功白光LED以来短短4年多,发光管,其中可见光发光二极管最初用作室内显示光源效率已从当初的5lmPw不断提高,1999年达15lmPw,如汽车刹车灯、道路标识灯、交通信号灯和大面积2000年达25lmPw,预计21世纪白光LED的光效将彩色显示。近年来通过发光材料化合物的合成方法达20～100lmPw。由于白光LED光效的迅速提高,和半导体新品种的开发,在结晶生产技术方面采用加之它体积小、耐振动、响应速度快、方向性好、了气相生长法替代
4、了过去烦杂的液相法,制成多层寿命长达数万小时,光色接近白炽灯的光色,可低薄膜的简易结构,先后研制成功新的发光材料,在压驱动,无汞和铅的污染,将发展成为可用来替代高输出化取得成功的同时,多色光化也取得了进展。白炽灯、荧光灯的主要绿色光源。本文介绍了提高最近,替代荧光灯、紫外光灯的近紫外光LED的开白光LED效率取得的技术进展。发也取得了进展。由于LED效率的不断提高,特别2白光LED的发光原理和制造方是高效率蓝色LED(InGaNPGaN)技术的突破,填补了LED三基色中蓝色的空白,实现了人们企盼的利式用LED实现白色光的希望。美国科学院提供报告预图2为LED发光机理图,在LED的p-
5、n结合示各种光源效率的对比图(图1),报告中将原交通部有一发光层,当注入电流时在该处电子和空穴再指示灯(年耗资2亿美元)与LED交通指示灯(年结合放出与电子和空穴的能量差相对应的能量hγ耗资2500万美元)的经济效益进行对比,LED的经(h为普朗克常数。γ为频率)而发出光,该能量差©1994-2010ChinaAcademicJournalElectronicPublishingHouse.Allrightsreserved.http://www.cnki.net24照明工程学报2003年12月图3日亚白光LED电致发光谱图1各种光源效率对比图4美国白光LED电致发光谱作为照明用的白
6、光LED重要的特性参数是光亮度(能量)和光色(光谱能量分布)。对于LED来图2LED的发光机理概略图说,单纯地增加输入功率其亮度会成比例上升,但LED芯片的发热量会随之增加,过多的热将会损坏相当于半导体材料的带隙能量Eg(ev),其与发光它的结晶和封接而缩短寿命。因此使输入的电能高波长λ(nm)的关系为λ=1240PEg。这样就可以用效地转换成光能是重要的关键技术。目前高输出型半导体材料制成发出各种光色的LED。LED的量子效率仅为10%左右,而空穴和电子对能表1表示白光LED的发光原理和类型,白光量中的90%成为内部热被耗损掉,如将这部分内部LED分为单芯片型、多芯片型(双芯片型和
7、三芯片耗损的热能转换成光能就可提高光亮度。改进的方型),多芯片型是将不同光色的芯片装配在同一个包法有研究新的LED发光材料、提高发光层内部的结装内得到混色后发出白光。单芯片型制造方式又分:合的机率、提高从芯片中取出光的效率等。所以将(1)将蓝色LEDInGaN芯片与钇铝石榴石(YAG)现有的LED的光亮度提高3～4倍,达到荧光灯的荧光粉组合成二基色白光LED(图3),或由InGaN光亮度的水平是完全可能的。(蓝光峰值430nm或470nm)与红色(650n
