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对于一般照明而言,人们更需要白色的光源。1998年发白光的LED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,Wd=30nm),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。(如下图所示)
芯片数 | 激发源 | 发光材料 | 发光原理 |
1 | 蓝色LED | InGaN/YAG | InGaN的蓝光与YAG的黄光混合成白光 |
蓝色LED | InGaN/荧光粉 | InGaN的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 | |
蓝色LED | ZnSe | 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 | |
紫外LED | InGaN/荧光粉 | InGaN的紫外激发的红绿蓝三基色荧光粉发白光 | |
2 | 蓝色LED 黄绿LED | InGaN、GaP | 将具有补色关系的两种芯片封装在一起,构成白色LED |
3 | 蓝色LED 绿色LED 红色LED | InGaN AlInGaP | 将发三原色的三种小片封装在一起,构成白色LED |
多个 | 多种光色的LED | InGaN、GaP AlInGaP | 将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起,构成白色LED |
表一列出了目前白色LED的种类及其发光原理。目前已商品化的第一种产品为蓝光单晶片加上YAG黄色荧光粉,其最好的发光效率约为25流明/瓦,YAG多为日本日亚公司的进口,价格在2000元/公斤;第二种是日本住友电工亦开发出以ZnSe为材料的白光LED,不过发光效率较差。
从表中也可以看出某些种类的白色LED光源离不开四种荧光粉:即三基色稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉,在未来较被看好的是三波长光,即以无机紫外光晶片加R.G.B三颜色荧光粉,用于封装LED白光,预计三波长白光LED今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小,稳定性要求也高,具体应用方面还在探索之中。
采用LED光源进行照明,首先取代耗电的白炽灯,然后逐步向整个照明市场进军,将会节约大量的电能。近期,白色LED已达到单颗用电超过1瓦,光输出25流明,也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色LED的效能进展。
表 二 单 颗 白 色L ED 的 效 能 进展
年份 | 发光效能(流明/瓦) | 备注 |
1998 | 5 | |
1999 | 15 | 相若白炽灯 |
2001 | 25 | 相若卤钨灯 |
2005 | 50 | 估计 |
表三 长远发展目标
单颗白色LED | |
输入功率 | 10瓦 |
发光效能 | 100流明/瓦 |
输出光能 | 1000流明/瓦 |