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發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理


發(fā)布日期：2009-08-21	閱讀：49

發(fā)光二極管的結(jié)構(gòu)及發(fā)光原理白光 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(lán)光（λp=465nm，Wd=30nm），高溫?zé)Y(jié)制成的含Ce3+的YAG熒光粉受此藍(lán)光激發(fā)后發(fā)出黃色光發(fā)射，峰值550nm。藍(lán)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(lán)光部分被熒光粉吸收，另一部分藍(lán)光與熒光粉發(fā)出的黃光混合，可以得到得白光�，F(xiàn)在，對于InGaN/YAG白色LED，通過改變 YAG熒光粉的化學(xué)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(lán)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(jìn)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(lán)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(yù)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(yīng)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(lán)色 LEDInGaN/YAG InGaN的藍(lán)光與YAG的黃光混合成白光藍(lán)色 LEDInGaN/熒光粉InGaN的藍(lán)光激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光藍(lán)色 LEDZnSe由薄膜層發(fā)出的藍(lán)光和在基板上激發(fā)出的黃光混色成白光紫外 LEDInGaN/熒光粉InGaN的紫外激發(fā)的紅綠藍(lán)三基色熒光粉發(fā)白光2藍(lán)色 LEDInGaN、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 LED3藍(lán)色 LEDInGaN將發(fā)三原色的三種小片封裝在一起，構(gòu)成白色LED 綠色 LEDAlInGaP 紅色 LED多個多種光色的 LEDInGaN、Ga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　　采用LED光源進(jìn)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(jìn)軍，將會節(jié)約大量的電能。近期，白色 LED 已達(dá)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(jìn)展。表二單顆白色LED的效能進(jìn)展年份發(fā)光效能（流明/瓦）備注19985 199915相若白熾燈200125相若鹵鎢燈200550估計表三長遠(yuǎn)發(fā)展目標(biāo)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(xué)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(lán)紫光半導(dǎo)體激光（LaserDiode ；LD），是業(yè)界握有藍(lán)光LED專利權(quán)的重量級業(yè)者。在日亞化學(xué)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(lán)光LED價格高昂。但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當(dāng)不以為然，部分日系LED業(yè)者認(rèn)為，日亞化工的策略，將使日本在藍(lán)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(yán)重傷害。因此許多業(yè)者便千方百計進(jìn)行藍(lán)光LED的研發(fā)生產(chǎn)。目前除日亞化學(xué)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(jìn)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(jìn)作用。


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