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          LED光源的發(fā)光機理簡介

          作者: 時間:2011-07-05 來源:網(wǎng)絡 收藏
          現(xiàn)在隨著產(chǎn)業(yè)供應連發(fā)展成熟,入門門檻低,大量小企業(yè)涌入,造成了產(chǎn)業(yè)過剩,并且由于企業(yè)產(chǎn)能利用率低,在市場上肯定競爭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,積極占領主照明市場。無論是毛利率經(jīng)過層層剝削或強敵環(huán)伺,因而小廠難逃巨大的市場壓力。

          中國具有豐富的有色金屬資源,鎵、銦儲量豐富,占世界儲量的70%-80%,這使我國發(fā)展半導體照明產(chǎn)業(yè)具有資源上的優(yōu)勢。到2010年,整個中國LED產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值將超過1500億元。日本則早在2002年耗費50億日元推行白光照明,整個計劃的財政預算為60億日元。

          隨著LED的滲透急速增長速度,伴隨著價格戰(zhàn)將在2010年到來,因為LED不同于傳統(tǒng)燈具與分開的銷售模式,在這種壓力下,有些企業(yè)無法兼顧產(chǎn)品品質(zhì)與價格競爭力,可能會落入到并購或是被淘汰的命運。

          2010年5月7日-12日,河南省照明學會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,在照明領域最引人關注的事 件是半導體照明的興起。20世紀90年代中期,日本日亞化學公司的Nakamura等人經(jīng)過不懈努力,突破了制造藍光發(fā)光二極管(LED)的關鍵技術,并由此開發(fā)出以熒光材料覆蓋藍光LED產(chǎn)生白光的技術。

          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),LED的最顯著特點是使用壽命長,光電轉(zhuǎn)換效能高、抗震性能好、使用方便等優(yōu)點,在照明系統(tǒng)中的應用越來越廣泛。在同樣照度下,LED燈電能消耗和壽命比白熾燈和日光燈都有明顯的優(yōu)勢。

          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時已經(jīng)超過100lm/W,而暖白光也超過75lm/W),研究水平160lm/w,目標最高水平期望達200lm/w以上。壽命4萬小時至8萬小時。

          一、LED光源

          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合而產(chǎn)生的。

          LED是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的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散,進入有源層,P區(qū)的空穴也將向負方向擴散,進入有源層,電子與空穴復合時,將產(chǎn)生自發(fā)輻射光,見圖1。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)生不同波長光,也就是不同顏色的光,如紅、橙光、黃、綠、藍或不可見光等。

          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半導體照明。白光LED的光效等都有了長足的進步,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主要有兩個途徑:第一個是通過熒光粉轉(zhuǎn)換得到白光;第二個是把不同顏色的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是利用藍光LED芯片和YAG熒光粉制成的。一般使用的藍光芯片是InGaN芯片,另外也可以使用AlInGaN芯片。藍光芯片LED配YAG熒光粉方法的優(yōu)點是:結(jié)構(gòu)簡單,成本較低,制作工藝相對簡單,不過該方法也存在若干缺點,比如藍光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間老化,導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。

          相對于藍光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,這是因為LED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。



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