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无机发光二极管技术现状
点击次数:2344 发布时间:2009/9/3 14:43:46
技术现状:无机发光二极管(LED)

        在1962年,通用电气的高级半导体化合物实验室发明了第一个实用的可见光光谱的LED。这个LED由p-n同质结构的GaAsP组成。在接下来几年中,这种技术持续改善,在六十年代晚期商用的红光LED出现。然而第一个商用LED的效率很低,才0.1流明每瓦。在过去三十年中研究人员持续改善该技术,取得了高效率,发光光谱也日益扩大,使用了新的III-V族化合物,今天市场上也出现了高亮度LED阵列。LED的发射光谱是离散的,目前可以制造的发光光谱分布在紫外、可视和红外区域。

白光LED结构


 
        使用单颗LED是很难进入常规照明市场的,因为它们无法发出白光。为了得到一般照明用的白光,某个特定光谱必须转化为白光或者多个光谱混合成白光。目前的白光LED主要采用两种方法获得:1)荧光粉技术;2)多种颜色混合。图 2.6显示了这两个白光LED技术的结构。目前也有同时应用了荧光粉和多颜色混合技术的白光LED。

        该荧光粉LED通过荧光粉将蓝光转化为白光。另一方面,通过多种颜色混合的LED封装把红绿蓝光按比例输出,混合成了白光。

        在荧光转换蓝光LED中,LED所发的蓝光波长大概为460nm,有一些光直接发出来,另外一些光通过荧光粉进行下转换,波长从460nm(蓝)变成更长的波长(比如绿、黄、红)并合成白光。日亚是第一个采用这种方法生产这种白光LED的公司,1997年就推出了商业化的产品。自此以后其他制造商也采用了这种方法来制造白光LED,一些制造商还通过在封装时添加二次荧光粉成功降低了色温,提高了显色指数,不过增加了封装成本。按这种技术封装出来的暖白光LED模块效率在72 lm/W,色温为3000K。
 

        荧光粉转换白光LED(PC-LED)制造商遇到的一个问题是很难保持均匀的质量,主要是由于LED的发光波长和荧光粉经常发生自然变异(natural variations)。PC-LED对光功率、峰值发射波长、温度和光学特性都比较敏感。对许多LED应用来说,这都是一个很大的问题。

        虽然荧光粉技术在不断改善,但 Stokes损耗是不可避免的。因此有些制造商把目光转向了颜色混合白光LED,人们相信这种方法能够生产出高效的LED。这种LED在封装时,多个不同发光波长的芯片封在一起产生了白光,现实中这种方法是有效的,能够生产出高质量高效白光。举个例子,三种颜色能够制造出CCT= 4100K 、CRI=80,电子流明效率大概为198 lm/We的白光LED。这种方法的优点是不需要用到荧光粉,避免荧光粉转换过程中的能量损失。该方法的大挑战来自绿光的发光效率,终限制了整体的效果,另一个缺点是增加了器件的复杂性,该技术要求多芯片封装和复杂的光学器件。还需要颜色控制补偿反馈电路来控制不同退化和热特性的离散LED芯片。

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