发光二极管的结构及发光原理

作者：信息来源:电子市场 2007-1-23

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白光 LED 的开发对于一般照明而言，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。...

白光 LED 的开发

对于一般照明而言，们更需要白色的光源。1998年发白光的LED开发成功。种LED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）

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。

表一白色LED的种类和原理

芯片数

激发源

发光材料

发光原理

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

蓝色 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

黄绿 LED

蓝色 LED

InGaN

AlInGaP

将发三原色的三种小片封装在一起，构成白色LED

绿色 LED

红色 LED

多个

多种光色的 LED

InGaN、GaP

将遍布可见光区的多种光芯片封装在一起，构成白色LED

AlInGaP

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LED的效能进展

年份

发光效能（流明/瓦）

备注

1998

199

相若白炽灯

2001

相若卤钨灯

2005

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

业界概况
　　在LED业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮度LED，以及蓝紫光半导体激光（LaserDiode ；LD），是业界握有蓝光LED专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色LED生产及电极构造等众多基本专利后，坚持不对外提供授权，仅采自行生产策略，意图独占市场，使得蓝光LED价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系LED业者认为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光LED竞争中，逐步被欧美及其他家的LED业者抢得先机，届时将对整体日本LED产业造成严重伤害。因此许多业者便千方百计进行蓝光LED的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外，还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商Cree，全球3大照明厂奇异、飞利浦、欧司朗以及HP、Siemens、Research 、EMCORE等都投入了该产品的研发生产，对促进白光LED产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用