LED关键技术的原理.doc
2页
半导体照明高效白光LED关键技术的原理、应用?技术成果名称：宽光谱可调谐InGaN/GaN量子阱结构白光LED研制学校名称： 华中科技大学项目负责人： 汪连山 部门： 光电国家实验室（筹） 职务/职称： 教授本项目是研发新一代无荧光粉转换白光LED照明技术，以可调谐InGaN/GaN量子阱结构作为有源层，研制20mA电流注入 光效三60lm/W、色温在3500〜8000K、寿命三10万小时的直接白光LED项目提出的依据：由于发光发光二极管（LED） 具有体积小、节能（省电）、高效、寿命长、环保（无汞污染）、安全（低电压工作）、免维护等优点,以氮化物为基础的高 亮度LED应用，新一代半导体照明光源，特别是氮化物高效白光LED已成为人们关注的焦点，氮化物白光LED能否在将 来取代普通的白炽灯和荧光灯成为照明光源，是氮化物研究领域里一项最为严俊的挑战就理论上而言，合成白光 LED 有很多方法，但目前研究最多和最常用的方法可归纳为两大类，多芯片白光LED、颜色转换白光LED具体而言，多芯片 白光LED至少要有两个电注入发光二极管组成，而颜色转换白光LED，是利用一只电注入蓝色或近紫外LED和颜色转换 材料合成白光。
能够实现白光源的转换材料有荧光粉、半导体和染料波长转换材料有几个重要参数如吸收波长、发光 波长和量子效率荧光粉是最常用的波长转换材料，寄主成分主要是无机成分加上一些光学活性稀土掺杂剂半导体转 换材料是另一类波长转换材料，谱线和荧光粉和染料相比较窄和荧光粉和染料相比，半导体的内量子效率接近100% 半导体转换材料中光子的取出效率也较高，因为半导体转换材料不需要电极接触，也就是没有电极遮光的问题染料尽 管也能用做波长转换，量子效率近100%，但它是有机物，没有荧光粉和半导体那样的长期稳定性由于使用的转换材料 不同，所实现的白光LED性能也就不同迄今市面上白光LED是短波长的LED加上波长转换材料形成的，这样就相当于 LED能发出两种波长的光由于LED发光谱线不宽（室温约~2KT），为了实现颜色互补，波长转换材料需要能发出宽的光 谱虽然白光可以用很多方法产生，但是哪些方法产生的白光最佳呢?因此人们需要考虑衡量白光品质两个重要因数， 即发光效率（或光效）（luminous efficiency）和显色指数（Color rendering index （CRI）, or R®若是用于显示指 示，光效更重要，对显色指数的要求不高。
如果要应用于白光照明，则光效和显色指数就同等重要用二元补色形成的 白光可能有比较高的光效，然而显色指数低于宽谱白光（象太阳光），例如一只氮化物磷粉转换白光LED，当它照射在 一张白纸上显示的是白色，由于此类白光缺乏红光，当它照射一个红色物体上， 其色彩还原性差，红色物体呈显出灰色 三元色白光的显色性较高，能够用于白光照明源理论上而言，采用红、绿、蓝三芯片LED根据各自的发光波长按特定 光功率比值可以合成白光，然而这需要三套独立的复杂控制电路，一旦电路工作环境变化，白光的颜色也随之发生变化， 因此到目前这只是停留在理论上，实验上仍然很困难究竟有没有可能实现一种类似于太阳的白光呢?答案是可以的， 可调谐InGaN量子阱结构通过缓变合金铟组份来实现宽谱发射光（从紫色、蓝色到绿色再到橙红色），当以其作为LED 器件的有源区来制造LED时，LED在单一注入电流下可发出类似于太阳光的白光，只要调谐量子阱结构的质量到优化，LED管芯设计得当，高光效三60lm/W、色温在3500〜8000K的直接白光LED是可以实现的技术成果主要应用的范围？能为产业解决的关键问题？实施后可取得的效果？项目主要应用的范围？能为产业解决的关键技术？可调谐InGaN/GaN量子阱结构白光LED可用作背光源(如LCD,)、 固态照明等领域。
YAG (Ce3+)粉或其它荧光粉转换白光LED在国际上已经申请了专利，而宽谱可调谐InGaN/GaN量子阱 白光LED的实现，克服了国际专利障碍，通过自主创新可以解决半导体照明技术中最核心的环节，即高效白光LED芯片 的制造技术，为整个半导体照明产业的发展开辟了新的道路实施后可以取得的效果：本项目的实施将使我国成为名符其实的半导体照明产业制造中心，完成从上游外延、中游芯片、 下游的 LED 封装和系统应用产业，这项产业既是一个技术密集型产业，又是一个劳动密集型产业，能够解决大量的劳动 就业问题，同时又能带动相关产业的发展一般认为，白光LED照明市场可望在2010〜1015年趋于成熟，普通白光照明 将是半导体LED的最大应用市场例如每年我国白炽灯、日光灯的产量为50亿只，如果以每年取代10亿只白炽灯、日 光灯，每只白炽灯使用10只LED计算，市场的需求量将达到100亿只我国每年照明耗电量超过2000亿度，占全国用 电总量的 12％随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，照明用电还将会不断增长但我国照明电光源以 传统的低效白炽灯为主，高效照明灯具，尤其是高效电光源应用不多，普及率低下，终端节电的潜力很大。
如采用半导 体白光LED灯替代传统灯具后，每年可节约近1000亿度电而目前基于蓝光加荧光粉转换白光LED高中端芯片主要供应 商是国外厂商如 Nichia、 HP、 Toyota、 Cree 公司、 UOE 以及台湾的国联、晶元、广镓、元砷等公司国内公司未能开发 出具有自主知识产权的白光LED产品，为此必须尽快加强国内LED照明产业技术的发展，促进产业规模的形成，培育具 有国际竞争力的知名品牌。
