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白光LED的种类及发光原理解析

  对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。这种LED是将GaN芯片和钇铝石榴石(YAG)封装在一起做成。GaN芯片发蓝光(λp=465nm,Wd=30nm),高温烧结制成的含Ce3+的YAG荧光粉受此蓝光激发后发出黄色光发射,峰值550nm。蓝光LED基片安装在碗形反射腔中,覆盖以混有YAG的树脂薄层,约200-500nm。LED基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收,另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合,可以得到得白光。

  现在,对于InGaN/YAG白色LED,通过改变 YAG荧光粉的化学组成和调节荧光粉层的厚度,可以获得色温3500-10000K 的各色白光。

  表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉,其最好的发光效率约为25流明/瓦,YAG多为日本日亚公司的进口,价格在2000元/公斤;第二种是日本住友电工亦开发出以 ZnSe为材料的白光LED,不过发光效率较差。

  从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉:即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉,在未来较被看好的是三波长光,即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉,用于封装LED白光,预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小,稳定性要求也高,具体应用方面还在探索之中。

  蓝色 LEDInGaN/荧光粉InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光

  紫外 LEDInGaN/荧光粉InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光

  2蓝色 LEDInGaN、GaP将具有补色关系的两种芯片封装在一起,构成白色LED

  多个多种光色的 LEDInGaN、GaP将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起,构成白色LED

  采用LED光源进行照明,首先取代耗电的白炽灯,然后逐步向整个照明市场进军,将会节约大量的电能。近期,白色 LED 已达到单颗用电超过1瓦,光输出25流明,也增大了它的实用性。

  在LED业者中,日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED,以及蓝紫光半导体激光(LaserDiode;LD),是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后,坚持不对外提供授权,仅采自行生产策略,意图独占市场,使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然,部分日系LED业者认为,日亚化工的策略,将使日本在蓝光及白光LED竞争中,逐步被欧美及其他国家的LED业者抢得先机,届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外,还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普,美商Cree,全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、Research 、EMCORE等都投入了该产品的研发生产,对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。

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