LED光源的發(fā)光機(jī)理簡(jiǎn)介

現(xiàn)在隨著LED產(chǎn)業(yè)供應(yīng)連發(fā)展成熟，入門門檻低，大量小企業(yè)涌入，造成了LED產(chǎn)業(yè)過剩，并且由于企業(yè)產(chǎn)能利用率低，在市場(chǎng)上肯定競(jìng)爭(zhēng)不過品牌大廠飛利浦(Philips)、歐司朗 (Osram)及GE，這些大廠通過垂直整合或策略聯(lián)盟布局，積極占領(lǐng)LED主照明市場(chǎng)。無論是毛利率經(jīng)過層層剝削或強(qiáng)敵環(huán)伺，因而小廠難逃巨大的市場(chǎng)壓力。    　　中國(guó)具有豐富的有色金屬資源，鎵、銦儲(chǔ)量豐富，占世界儲(chǔ)量的70%-80%，這使我國(guó)發(fā)展半導(dǎo)體照明產(chǎn)業(yè)具有資源上的優(yōu)勢(shì)。到2010年，整個(gè)中國(guó)LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過1500億元。日本則早在2002年耗費(fèi)50億日元推行白光照明，整個(gè)計(jì)劃的財(cái)政預(yù)算為60億日元。     　　隨著LED的滲透急速增長(zhǎng)速度，伴隨著價(jià)格戰(zhàn)將在2010年到來，因?yàn)長(zhǎng)ED不同于傳統(tǒng)燈具與光源分開的銷售模式，在這種壓力下，有些企業(yè)無法兼顧產(chǎn)品品質(zhì)與價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力，可能會(huì)落入到并購(gòu)或是被淘汰的命運(yùn)。 　　 　　2010年5月7日-12日，河南省照明學(xué)會(huì)組織照明專家及企業(yè)家一行赴日考察了日本照明現(xiàn)狀，發(fā)現(xiàn)日本的LED照明現(xiàn)狀并不盡如人意。     　　近年來，在照明領(lǐng)域最引人關(guān)注的事 件是半導(dǎo)體照明的興起。20世紀(jì)90年代中期，日本日亞化學(xué)公司的Nakamura等人經(jīng)過不懈努力，突破了制造藍(lán)光發(fā)光二極管（LED）的關(guān)鍵技術(shù)，并由此開發(fā)出以熒光材料覆蓋藍(lán)光LED產(chǎn)生白光光源的技術(shù)。     　　led是LightEmittingDiode(發(fā)光二極管)的縮寫。發(fā)光二極管是一種新型固態(tài)冷光源，LED的最顯著特點(diǎn)是使用壽命長(zhǎng)，光電轉(zhuǎn)換效能高、抗震性能好、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，在照明系統(tǒng)中的應(yīng)用越來越廣泛。在同樣照度下，LED燈的電能消耗和壽命比白熾燈和日光燈都有明顯的優(yōu)勢(shì)。 　　各種白色發(fā)光方法的開發(fā)，以及新一代熒光粉的開發(fā)，已經(jīng)使得LED的發(fā)光效率大幅提高，目前產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品已從45lm/w提高到100lm/w(到2009年，Cree公司的冷白光光效在350mA時(shí)已經(jīng)超過100lm/W，而暖白光也超過75lm/W)，研究水平160lm/w，目標(biāo)最高水平期望達(dá)200lm/w以上。壽命4萬小時(shí)至8萬小時(shí)。 一、LED光源的發(fā)光機(jī)理 　　與白熾燈或者氣體放電燈的發(fā)光原理迥然不同。LED自發(fā)性的發(fā)光是由于電子與空穴的復(fù)合而產(chǎn)生的。 　　LED是由P型半導(dǎo)體形成的P層和N型半導(dǎo)體形成的N層，以及中間的由雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)成的有源層組成。有源層是發(fā)光區(qū)，利用外電源向PN結(jié)注入電子，在正向偏壓作用下，N區(qū)的電子將向正方向擴(kuò)散，進(jìn)入有源層，P區(qū)的空穴也將向負(fù)方向擴(kuò)散，進(jìn)入有源層，電子與空穴復(fù)合時(shí)，將產(chǎn)生自發(fā)輻射光。LED因其使用的材料不同，其二極管內(nèi)中電子、空穴所占的能階也有所不同，能階的高低差影響結(jié)合后光子的能量而產(chǎn)生不同波長(zhǎng)光，也就是不同顏色的光，如紅、橙光、黃、綠、藍(lán)或不可見光等。 二、白光LED 　　白光LED的出現(xiàn)為越來越多的室內(nèi)室外照明工程提供了白光LED半導(dǎo)體照明。白光LED的光效等都有了長(zhǎng)足的進(jìn)步，白光LED甚至已經(jīng)開始挑戰(zhàn)傳統(tǒng)光源的地位。 　　目前獲得白光LED主要有兩個(gè)途徑：第一個(gè)是通過熒光粉轉(zhuǎn)換得到白光；第二個(gè)是把不同顏色的LED芯片封裝到一起，多芯片混合發(fā)出白光。對(duì)于上述兩種途徑，根據(jù)參與混合白光的基色光源的數(shù)目，又可分為二基色體系和多基色體系。 熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED 　　(1)二基色熒光粉轉(zhuǎn)換白光LED 　　二基色白光LED是利用藍(lán)光LED芯片和YAG熒光粉制成的。一般使用的藍(lán)光芯片是InGaN芯片，另外也可以使用AlInGaN芯片。藍(lán)光芯片LED配YAG熒光粉方法的優(yōu)點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本較低，制作工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，不過該方法也存在若干缺點(diǎn)，比如藍(lán)光LED效率不夠高，致使白光LED效率較低；熒光粉自身存在能量損耗；熒光粉與封裝材料隨著時(shí)間老化，導(dǎo)致色溫漂移和壽命縮短等。 　　(2)三基色熒光粉轉(zhuǎn)換LED 　　三基色熒光粉LED能在較高發(fā)光效率前提下有效提升LED的顯色性。得到三基色白光LED的最常用辦法是，利用紫外光LED激發(fā)一組可被紫外輻射有效激發(fā)的三基色熒光粉。 　　相對(duì)于藍(lán)光LED+YAG熒光粉獲取白光的方法，采用紫外LED+三基色熒光粉的方法更易于獲得顏色一致的白光，這是因?yàn)長(zhǎng)ED的光色僅僅由熒光粉的配比決定。另外，這種類型的白光LED具有高顯色性，光色和色溫可調(diào)，使用高轉(zhuǎn)換效率的熒光粉可以提高LED的光效。 　　不過，紫外LED+三基色熒光粉的方法還存在一定的缺陷，比如熒光粉在轉(zhuǎn)換紫外輻射時(shí)效率較低；粉體混合較為困難；封裝材料在紫外光照射下容易老化，壽命較短等。而且目前轉(zhuǎn)換效率較高的紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系，這類熒光粉發(fā)光穩(wěn)定性差、光衰較大。