白光LED的进展及应用

高亮度白光LED发展趋势

随著LED性能持续地提高，应用市场也随之急速扩大，隐藏在背后的原因是使用GaN、AllnGaP发光材料的高辉度LED，拥有著长寿命、省电、耐震、低电压驱动等优秀的特色，并且超越灯泡和卤素等，而高发光效率的LED更是在最近几年陆续被研发出来，因此，未来高亮度LED市场的发展，将会更快速与广泛的成长。

其中普及率最明显的就是白光LED，90年代末期在环保节能的背景下更被市场所期望着，同时也刺激了业者迅速研发相关的技术。就目前而言，白光LED主要的应用包括了手机液晶背光照明和车用内装照明，单单是这些市场就已经占了LED整体销售量的25％左右。

另一方面关于照明应用的部份，则处于刚起步的境界。一般建筑物的照明，往往占了整个消耗电力的20％，在日本，90年代已经超过每年1,000亿 kWh。所以对于新一代节能型光源的期望相当大，但遗憾的是到目前为止，白光LED还只能够使用在相当小的范围。因为像5mm的小型白光LED，无法像电灯泡或者萤光灯那样，只用一个就能得到使用环境所需的光量。因此如果希望LED能够跨足到建筑照明，在整体技术上则需要更大的突破才行。

高亮度白光LED基本结构

白光LED基本上有两种方式。一种是多芯片型，一种是单芯片型。前者是将红绿蓝三种LED封装在一起，同时使其发光而产生白光，后者是把蓝光或者紫光、紫外光的LED作为光源，在配合使用萤光粉发出白光。前者的方式，必须将各种LED的特性组合起来，驱动电路比较复杂，后者单芯片型的话，LED只有1 种，电路设计比较容易。单芯片型进一步分成两类，一类是发光源使用蓝光LED，另一类是使用近紫外和紫外光。现在，市场上的白光LED大多数是蓝光LED 配合YAG萤光粉。

在过去，只有蓝光LED使用GaN做为基板材料，但是现在从绿光领域到近紫外光领用的LED，也都开始使用GaN化合物做为材料了。并且伴随著白光LED应用的扩大，市场对其效能的期待也逐渐增加。从单纯的角度来看，高效率的追求一直都是被市场与业者所期待的。但是另一方面，演色也将会是一个重要的性能指标，如果只是做为显示用途的话，发光色为白色可能就已经足够了，但是从照明的用途来说，为了达到更高效率，如何实现与自然光接近的颜色就显得非常必要了。

1 / 5 led灯结构原理、用途介绍、具体 照明科技

目录

1结构原理2用途介绍3具体特点4色温颜色5发展历史6应用介绍

结构原理

LED结构以及发光原理

LED（Light Emitting Diode），发光二极管，是一种固态的半导体器件，它可以直接把电转化为光。LED的心脏是一个半导体的晶片，晶片的一端附在一个支架上，一端是负极，另一端连接电源的正极，使整个晶片被环氧树脂封装起来。半导体晶片由两部分组成，一部分是P型半导体，在它里面空穴占主导地位，另一端是N型半导体，在这边主要是电子。但这两种半导体连接起来的时候，它们之间就形成一个P-N结。当电流通过导线作用于这个晶片的时候，电子就会被推向P区，在P区里电子跟空穴复合，然后就会以光子的形式发出能量，这就是LED发光的原理。而光的波长也就是光的颜色，是由形成P-N结的材料决定的。

最初LED用作仪器仪表的指示光源，后来各种光色的LED在交通信号灯和大面积显示屏中得到了广泛应用，产生了很好的经济效益和社会效益。以12英寸的红色交通信号灯为例，在美国本来是采用长寿命，低光效的140瓦白炽灯作为光源，它产生2000流明的白光。经红色滤光片后，光损失90%，只剩下200流明的红光。而在新设计的灯中，Lumileds公司采用了18个红色LED光源，包括电路损失在内，共耗电14瓦，即可产生同样的光效。

汽车信号灯也是LED光源应用的重要领域。

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。这种通过蓝光LED得到白光的方法，构造简单、成本低廉、技术成熟度高，因此运用最多。

第３３卷，第１ｌ期　２　０　１　３年１　１月　光谱学与光谱分析　Ｖｏ１．３３，Ｎｏ．１１，ｐｐ２９０７—２９１２　Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ　ａｎｄ　Ｓｐｅｃｔｒａｌ　Ａｎａｌｙｓｉｓ　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ，２０１３　

白光ＬＥＤ用硅氮基荧光粉材料研究进展　

徐国堂，梁　培　，王　乐　，董前民，刘　阳，李晓艳　中国计量学院光学与电子科技学院，浙江杭州　３１００１８　摘要随着白光ＬＥＤ技术的迅速发展，传统ＹＡＧ：Ｃｅ抖荧光粉由于低显色性、高色温等因素制约而难以　满足发展需求。利用近紫外芯片激发三基色荧光粉成为获得白光ＬＥＤ的一种有效途径，因而发展高性能三　基色荧光粉具有重要意义，尤其红光发光材料更是当务之急。硅氮基化合物包含由ｓｉＮ４四面体构成的网络　结构，具有很高的化学稳定性和热稳定性。该类荧光粉因其结构的多样性，且在紫外一蓝光区具有高的吸收　效率，因而随着基质和激活离子的改变，发射光谱可覆盖整个可见光区域，并具有较高的光转换效率和光色　稳定性，对温度和驱动电流的变化不敏感等优点，因而此类研究对白光ＬＥＤ的发展具有深远的影响。综述　了近年来硅氮基荧光粉制备方法及研究的最新进展，系统地归纳总结了硅氮基荧光粉的晶体结构及发光性　能等特性，并分析了目前国际上对该材料的研究动态及应用情况。　关键词硅氮基化合物；荧光粉；白光ＬＥＤ　中图分类号：０４３３．５　文献标识码：Ａ　ＤＯＩ：１０．３９６４／ｊ．ｉｓｓｒｕ　１０００—０５９３（２０１３）１１—２９０７—０６　引　言　白光发光二极管（１ｉｇｈｔ　ｅｍｉｔｔｉｎｇ　ｄｉｏｄｅ，ＬＥＤ）是一种新型　固态照明光源，相对于传统照明光源，自光ＬＥＤ具有耗电　低、寿命长、亮度高等优点，在“可持续发展”背景下，被寄　予第四代照明光源的厚望口　］。ＬＥＤ已从过去的指示灯逐步　发展为背光源、道路信号灯、显示器等，在信号照明、汽车　照明、医疗照明以及普通室内照明等领域拥有很大的发展空　间。实现白光ＬＥＤ的主要方法有［５－８ｊ：（１）利用三基色原理，　以红、绿、蓝三种芯片按比例混色；（２）蓝光ＬＥＤ芯片＋黄　光荧光粉；（３）蓝色ＬＥＤ芯片＋绿光和红光荧光粉；（４）紫外　（ＵＶ）一ＬＥＤ芯片＋红、绿、蓝三基色荧光粉。其中，方法（１）　封装得到的白光显色性最好，但成本最高，尚未能普及；方　法（２）具有技术最成熟且成本低廉的优势，但显色性不佳且　色温高，需要配以适当的红、绿光荧光粉加以改善，而且难　以突破日亚化学专利的限制；方法（３）和（４）得到的白光ＬＥＤ　显色性较高、成本低且专利局限较小，极具发展潜力。因此　性能优越的红、绿、蓝三基色荧光粉对白光ＬＥＤ的推广起着　显著作用。一般作为白光ＬＥＤ用荧光粉，需要满足：良好的　发光性能；良好的物理、化学稳定性和热稳定性；成本低廉、　工艺环保等基本条件［９　。　硅氮基荧光粉包含ｓｉＮ４四面体组成的网络结构，具有　较高的化学稳定性和热稳定性。同时稀土离子（ＥＵ２　，Ｃｅｓ　等）的５　壳层裸露于外层，受晶体场的影响显著，４严５　能　级之间的能量跃迁随晶体环境的改变而发生较为明显的变　化。由于Ｓ卜Ｎ的共价性较强，可以引起较大的电子云重排　效应及发光离子的５　电子轨道能量下降，从而呈现光谱红　移现象，同时ｓｉＮ４四面体形成刚性稳定的晶体结构，使其对　温度和驱动电流的变化不敏感，因而在自光ＬＥＤ的应用上　得到广泛的关注和研究Ｌ８　。　１制备方法　荧光粉的合成有多种方法，如高温固相法ｌ１　］、燃烧　法［”］、溶胶一凝胶法［“］、水热法［　］、沉淀法［　］、微波辐射合　成法＿１　］等。但对于硅氮基荧光粉，制备环境对样品影响较　大，需要在保护气氛甚至还原气氛下合成，因而制备方法受　到了很大的限制。Ｘｉｅ『】　］利用气压烧结炉采用石墨加热方　法合成了一系列ｃｃｓｉａｌｏｎ，￣－ｓｉａｌｏｎ，Ｍ２Ｓｉ５Ｎｓ（Ｍ—Ｃａ，Ｓｒ，　Ｂａ）等材料；Ｇａｌ［”］利用ＣａＳｉ作为前驱体，在氨气气氛下合　成了ＡＥＳｉＮ２（ＡＥ＝Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）；Ｌｉ等［　］在５　Ｈ２—９５　Ｎ２　气氛下合成了ＳｒＹＳｈＮ７，之后有人在Ｎｚ气氛中成功制备出　化学稳定性及热稳定性更高的ＲＥ２Ｓｉ４　Ｎ６Ｃ（ＲＥ—Ｌｕ，Ｙ，Ｇｄ）　收稿日期：２０１３—０１—３１，修订日期：２０１３—０４—２６　基金项目：国家自然科学基金项目（６１００６０５１，６１１７７０５０）项目，浙江省自然科学基金项目（Ｙｌ１１０７７７）项目和浙江省科技厅优先主题重点工　业项目（２００９Ｃｌ１０３２），浙江省重点科技创新团队（２ｏ１６Ｒ５ｏｏ２ｏ）和浙江省自然科学基金重点项目（Ｚ１１１０２２２）资助　作者简介：徐国堂，１９８８年生，中国计量学院光电学院研究生　＊通讯联系人　ｅ－ｍａｉｌ：ｐｌｉａｎｇｈｕｓｔ＠ｇｍａｉｌ．ｔｏｍ；ｋｉ

中国高新技术企业　白光ＬＥ　Ｄ在高速公路照明系统中的应　用前景　

◇文／韩萌　刘晟　【摘要】　目前高速公路的照明主要使用高压钠灯，随着白光ＬＥＤ的出现，半导体发光二极管用于高速公路　照明逐渐成为可能。对白光ＬＥＤ和高压钠灯的优劣进行比较。分析白光ＬＥＤ现存问题并寻找改进办法，展望　白光ＬＥＤ作为新一代绿色环保光源在高速公路照明中的应用前景。　【关键词】　白光ＬＥＤ　高速公路　照明　应用前景　ＬＥＤ是Ｌｉｇｈｔ　Ｅｍｉｔｔｉｎｇ　Ｄｉｏｄｅ（发光二极管）的缩写，普通ＬＥＤ灯　发射单色光、功率小、发光效率低，无法作为照明工具使用，一般只　用作高速公路的显示设备。如诱导显示屏、可变信息标志、施工警示　板、道路知识标志等。目前。白光ＬＥＤ的出现，使得ＬＥＤ逐渐走入照　明领域，大功率、超高亮度ＬＥＤ的出现，解决了ＬＥＤ功率小、亮度低　的问题；发光材料的研发、发光元件结构和工艺技术的改进，使得白　光ＬＥＤ的发光效率不断提高，并且白光ＬＥＤ还具有长寿命、绿色环　保等高压钠灯所不及的优点。可以看出，白光ＬＥＤ在高速公路的照　明系统中有着美好的应用前景。　１白光ＬＥＤ的主要技术参数　（１）ＬＥＤ最重要的光学特性参数就是发光效率＂ｑｑｅ，它是辐射出　的光能与输入电能之比，也称为外量子效率　式中ＮＴ为ＬＥＤ射出的光子数，Ｇ为注入的电子空穴对数。品　质优良的ＬＥＤ要求向外辐射的光能量大．向外发出的光尽可能多．　即外量子效率效率要高。　（２）寿命是照明用ＬＥＤ的重要指标，白光ＬＥＤ的老化速度决定　了它的寿命。ＬＥＤ老化的快慢与电流密度Ｊ和老化时间常数Ｔ有关，　它们的关系可表示为　Ｌ（ｔ）＝Ｉｃｅ一（Ｊ／Ｔ）　式中　为起始亮度，Ｌ（ｔ）为点亮ｔ时间后的亮度。　（３）显色指数Ｒａ反映的是光源对于物体颜色呈现的程度，大小　在Ｏ一１００之间，Ｒａ值越大的光源对颜色的再现越接近自然原色，光　源的显色性越好，相反则被照物体颜色失真越严重．光源的显色性　就越差。白光ＬＥＤ的显色指数较高。　ｆ４１启亮时间ｔ描述了灯具从注入电流被点亮直至稳定工作所　需要的时间。　２高压钠灯和白光ＬＥＤ的参数比较　目前，高速公路的照明设备主要使用的是高压钠灯，高压钠灯　是一种气体放电光源．放电类型属于弧光放电。高压钠灯具有发光　效率高、透雾能力强、不诱虫等优点，被应用于道路、广场、公园等场　所的照明。ＬＥＤ则具有稳定性强、能耗低、无污染等优点，它被称为　新型绿色照明光源，正逐渐应用于各种场所的照明之中。　高压钠灯和ＬＥＤ均有其优劣之处，表１示出了高压钠灯和白　光ＬＥＤ的主要参数，我们可以通过表１列出的数据对它们的相关参　数进行比较。　＼老旃　高压钠灯　白光ＬＥＤ　罄注　参群＼　功率ｐ　）　３０一ｌｏｏ０　＜ｌ　白光ＬＥＤ是单颗灯的功率　光嫂　釉Ｉ＾功　８Ｏ—ｌ２０　５ｏ．—ｌ１５　白光ＬＥＤ的光嫂ｊ受计可迭２００ｈａｔ￣Ｗ以上　寿命ｆｌ１）　２Ａ０００　１０００００　昱酋指数　２５—‘６０　６０—喘Ｏ　高昱酋性白光ＬＥＤ该指数可选劐９ｏ以上　窟亮时问ｔ　２４０—－船０　ｌ０—　一ｌ０－７　从表１可以看出，与高压钠灯相比，白光ＬＥＤ寿命更长、显色　指数更高、启亮时间更短。　高压钠灯工作期间，其轴向电弧电压逐渐增加，一旦电弧电压　２