《電子技術(shù)應(yīng)用》
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白光LED的發(fā)光原理
摘要: 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。
關(guān)鍵詞: LED 發(fā)光 白光
Abstract:
Key words :

1998年發(fā)白光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)

芯片數(shù) 激發(fā)源 發(fā)光材料 發(fā)光原理
1 藍(lán)色LED InGaN/YAG InGaN的藍(lán)光與YAG的黃光混合成白光
藍(lán)色LED InGaN/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LED ZnSe 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LED InGaN/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LED 黃綠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
3 藍(lán)色LED 綠色LED 紅色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
多個 多種光色的LED InGaN、GaP AlInGaP 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

  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。
  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L ED 的 效 能 進(jìn)展

年份 發(fā)光效能(流明/瓦) 備注
1998 5  
1999 15 相若白熾燈
2001 25 相若鹵鎢燈
2005 50 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
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