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發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理

上傳人：admin

上傳時間： 2007-02-08

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    白光 LED 的開發(fā) 
    

    對于一般照明而言，人們更需要白色的光源。1998年發(fā)白光的LED開發(fā)成功。這種LED是將GaN芯片和釔鋁石榴石（YAG）封裝在一起做成。GaN芯片發(fā)藍光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫燒結(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射，峰值550nm。藍光LED基片安裝在碗形反射腔中，覆蓋以混有YAG的樹脂薄層，約200-500nm。LED基片發(fā)出的藍光部分被熒光粉吸收，另一部分藍光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光。
    

    現(xiàn)在，對于InGaN/YAG白色LED，通過改變 YAG熒光粉的化學組成和調(diào)節(jié)熒光粉層的厚度，可以獲得色溫3500-10000K 的各色白光。（如下圖所示） 
    

    

    

    　　表一列出了目前白色LED 的種類及其發(fā)光原理。目前已商品化的第一種產(chǎn)品為藍光單晶片加上YAG黃色熒光粉，其最好的發(fā)光效率約為25流明/瓦，YAG多為日本日亞公司的進口，價格在2000元/公斤；第二種是日本住友電工亦開發(fā)出以 ZnSe為材料的白光LED，不過發(fā)光效率較差。 
    

    　　從表中也可以看出某些種類的白色LED光源離不開四種熒光粉：即三基色稀土紅、綠、藍粉和石榴石結(jié)構(gòu)的黃色粉，在未來較被看好的是三波長光，即以無機紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉，用于封裝LED白光，預計三波長白光LED今年有商品化的機機會。但此處三基色熒光粉的粒度要求比較小，穩(wěn)定性要求也高，具體應用方面還在探索之中。  
    

    

    


    


    表一 白色LED的種類和原理
    

    


    


    


    芯片數(shù) 
    		


    激發(fā)源 
    		


    發(fā)光材料 
    		


    發(fā)光原理 
    

    


    1 
    		


    藍色 LED 
    		


    InGaN/YAG 
    		


    InGaN的藍光與YAG的黃光混合成白光 
    

    


    藍色 LED 
    		


    InGaN/熒光粉 
    		


    InGaN的藍光激發(fā)的紅綠藍三基色熒光粉發(fā)白光 
    

    


    藍色 LED 
    		


    ZnSe 
    		


    由薄膜層發(fā)出的藍光和在基板上激發(fā)出的黃光混色成白光 
    

    


    紫外 LED 
    		


    InGaN/熒光粉 
    		


    InGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍三基色熒光粉發(fā)白光 
    

    


    2 
    		


    藍色 LED 
    		


    InGaN、GaP 
    		


    將具有補色關(guān)系的兩種芯片封裝在一起，構(gòu)成白色LED 
    

    


    黃綠 LED
    

    


    3 
    		


    藍色 LED 
    		


    InGaN 
    

    AlInGaP 
    		


    將發(fā)三原色的三種小片封裝在一起，構(gòu)成白色LED 
    

    


    綠色 LED
    

    


    紅色 LED 
    

    


    多個 
    		


    多種光色的 LED 
    		


    InGaN、GaP 
    		


    將遍布可見光區(qū)的多種光芯片封裝在一起，構(gòu)成白色LED 
    

    


    AlInGaP 
    

    
　　采用LED光源進行照明，首先取代耗電的白熾燈，然后逐步向整個照明市場進軍，將會節(jié)約大量的電能。近期，白色 LED 已達到單顆用電超過1瓦，光輸出25流明，也增大了它的實用性。表二和表三列出了白色LED的效能進展。
    

    


     
    

    


    表二 單顆白色LED的效能進展 
    

     
    

    


    


    


    年份 
    		


    發(fā)光效能（流明/瓦） 
    		


    備注 
    

    


    1998 
    		


    5 
    		


    

    


    199 
    		


    15 
    		


    相若白熾燈 
    

    


    2001 
    		


    25 
    		


    相若鹵鎢燈 
    

    


    2005 
    		


    50 
    		


    估計 
    

    


     
    

    


    表三 長遠發(fā)展目標
    

    


    


    


    單顆白色 LED 
    

    


    輸入功率 
    		


    10 瓦 
    

    


    發(fā)光效能 
    		


    100 流明 / 瓦 
    

    


    輸出光能 
    		


    1000 流明 / 瓦 
    

    業(yè)界概況  
    　　在LED業(yè)者中，日亞化學是最早運用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長的高亮度LED，以及藍紫光半導體激光（LaserDiode ；LD），是業(yè)界握有藍光LED專利權(quán)的重量級業(yè)者。在日亞化學取得蘭色LED生產(chǎn)及電極構(gòu)造等眾多基本專利后，堅持不對外提供授權(quán)，僅采自行生產(chǎn)策略，意圖獨占市場，使得藍光LED價格高昂。但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當不以為然，部分日系LED業(yè)者認為，日亞化工的策略，將使日本在藍光及白光LED競爭中，逐步被歐美及其他國家的LED業(yè)者搶得先機，屆時將對整體日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴重傷害。因此許多業(yè)者便千方百計進行藍光LED的研發(fā)生產(chǎn)。目前除日亞化學和住友電工外，還有豐田合成、羅沐、東芝和夏普，美商Cree，全球3大照明廠奇異、飛利浦、歐司朗以及HP、Siemens、Research 、EMCORE等都投入了該產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，對促進白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、市場化方面起到了積極的促進作用。