半导体照明技术(第九讲)题稿.ppt

LED的分類 LED各材料比較 白光LED 各種製造方式之優缺點比較 半 导 体 照 明 技 术 * 第十一章 白光发光二极管 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。 研制白光发光二极管是半导体照明的主要目标，替代白炽灯、荧光灯这些白光光源是半导体照明工程的最终目标。 一般 短波長紅外光 高亮度 長波長紅外光 可見光 不可見光 LED 波長450~780nm 光波長850~1550nm 850~950nm 850~950nm 藍、紫 400 3.39 GaN 紅 660 1.42~2.26 Ga1-xAlxAs 黃 590 橙 610 紅 630 GaAs1-xPx/ GaP 紅 660 590 GaAs1-xPx/GaAs 純綠 555 綠 565 紅 700 2.26 GaP 接近紅外線 940 1.35 GaAs 發光顏色 發光波長 禁制帶寬度(eV) 材料 第一节 新世纪光源的研制目标 人们对新世纪光源的要求是高效、高显色性和环保。照明用白光LED的具体技术要求如下： 1、发光效率：要求最终达到200lm/W以上。 2、显色指数：希望达到100，一般要求也在80以上。 3、色温：2500-6000K之间。 4、寿命：5万-10万小时。 5、光通量：希望达到1Klm以上。 6、环保：要求不使用对人体有害、会污染环境的有害物质，如汞、铅、镉等。 1、白光LED的发明 白光LED 于1998年开发成功。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），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。 二、白光LED概述 在技术方面白光LED目前主要分为两种发光方式: 目前主要的商品化做法是由日亚化学(Nichia)以460nm波长的InGaN蓝光晶片涂上一层YAG荧光物质，利用蓝光LED照射此荧光粉便产生与蓝光互补的555nm波长黄光，再利用透镜原理将互补的黄光、蓝光予以混合，得到白光。白光LED开发基础在于蓝光技术，目前在蓝光LED技术方面仍以日亚化学领先，拥有众多专利权。 第二种是日本住友电工开发出以ZnSe为材料的白光LED，不过发光效率较差，但由于目前白光LED市场热销，仍呈现供不应由求现象。 2、白光LED的种类和原理 将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED InGaN、GaP AlInGaP 多种光色的LED 多个 将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED InGaN AlInGaP 蓝色LED 绿色LED 红色LED 3 将具有补色关系的两种芯片封装在一起，构成白色LED InGaN、GaP 蓝色LED 黄绿LED 2 InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 InGaN/荧光粉 紫外LED 由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发出的黄光混色成白光 ZnSe 蓝色LED InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 InGaN/荧光粉 蓝色LED InGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光 InGaN/YAG 蓝色LED 1 发光原理 发光材料 激发源 芯片数 3、白光LED的特点 白光LED是最被看好的LED新兴产品，其在照明市场的发展潜力值得期待。与白炽钨丝灯泡及荧光灯相比，白光LED具有体积小(多颗、多种组合)、发热量低(没有热幅射)、耗电量小(低电压、低电流起动)、寿命长(1万小时以上)、反应速度快(可在高频操作)、环保(废弃物可回收，没有污染)、可平面封装易开发成轻薄短小产品等优点，是被业界看好在未来10年内，成为替代传统照明器具的一大潜力商品。 目前白光LED仍处于初期发展阶段，在使用寿命上仍待改进，但基本上没有白炽灯泡、荧光灯的缺点，价格过高是未能普及的主要原因。 低效率、高耗电、寿命短、易碎。 白炽灯 荧光灯省电，但废弃物有汞污染、易碎等问题。 荧光灯 具有发热量低、耗电量少（白炽灯泡的八分之一，荧光灯泡的二分之一）、寿命长（数万小时以上，是荧光灯的10倍）、反应速度快、体积小可