1、白光LED現(xiàn)狀
上個世紀末期,GaAIInP四元系和GaN材料的成熟利用,帶動了白光LED的快速發(fā)展,至本世紀初,白光LED已經(jīng)突破了技術(shù)的束縛,擁有了各種各樣的顏色,并實現(xiàn)了批量生產(chǎn)。此外,LED生產(chǎn)中引進有機物氣相外延和分子束外延技術(shù) (MOCVD和MBE),使得LED的亮度和色彩飽和度得到了很大提升。MOCVD技術(shù)屬于材料生長技術(shù),可以生長成單原子層厚度的完整晶體,同時在材料生長中也利用了價制膜層厚度控制技術(shù)——MBE,實現(xiàn)了對芯片結(jié)構(gòu)進行定向控制,可以批量生產(chǎn)出多量子阱等復(fù)雜的結(jié)構(gòu)。如今LED已經(jīng)擁有了不同的顏色,如GaAllnP紅、綠光等,同時LED也具有了超高的亮度。近年來,響應(yīng)低碳經(jīng)濟的號召,白光LED以高能效的優(yōu)點成為了重要的光源,同時也吸引了半導(dǎo)體市場的注意力,因而出現(xiàn)了較多LED企業(yè)與半導(dǎo)體企業(yè)合作的案例,徹底改變了LED光源的生產(chǎn)模式。
我國政府早在十多年前,就啟動了“國家半導(dǎo)體照明工程”計劃,開始深入的探索半導(dǎo)體照明技術(shù)。因而,我國白光LED產(chǎn)業(yè)開始引進高新技術(shù),并積極探索爭取攻破關(guān)鍵難點,盡快掌握核心技術(shù)。近十年來,我國白光LED已經(jīng)實現(xiàn)了全彩化和超高亮度,并建立起了一個完整的LED產(chǎn)業(yè)。目前,白光LED已經(jīng)覆蓋社會各領(lǐng)域,白光LED已經(jīng)與人們的生活緊密的聯(lián)系在一起,白光LED的功能不僅是照明,還是很多行業(yè)的重要元件,白光LED的身影出現(xiàn)在電視、手機、汽車照明、高精度儀器等領(lǐng)域中,奠定了白光LED的良好發(fā)展態(tài)勢。
2、白光LED存在的問題
2.1白光質(zhì)量有待提高,需規(guī)范改善參數(shù)設(shè)計
所謂白光LED,需要對多種顏色進行調(diào)整,從而使其發(fā)出需要的白光,由此可知,多種顏色光的混合比例是非常重要的。為了保證白光的質(zhì)量,通常采用一些參數(shù)進行評價,如色坐標、顯色指數(shù)等。若光的混合比例設(shè)計不當,或隨著使用芯片等器件的老化,LED的白光可能出現(xiàn)變化,達不到既定的設(shè)計要求,進而影響正常使用。但是事實上,由于對色溫、顯色指數(shù)的控制效果不佳,較容易出現(xiàn)LED白光不符合要求的現(xiàn)象。此外,由于白光LED多作照明光源,因而必須提高設(shè)計要求,保證設(shè)計的嚴謹性,進而控制好白光LED的發(fā)光質(zhì)量。
2.2光通量和發(fā)光效率有待提高,需設(shè)計大功率型芯片
在發(fā)光效率方面,白光LED與白熾燈相比效率較高,但是其發(fā)光效率低于熒光燈、節(jié)能燈類光源;在光通量方面,白光LED光通量較少,遠遠低于白熾燈、熒光燈、節(jié)能燈。這些問題限制了白光LED使用范圍,因此要對白光LED進行改進。首先,要給予白光LED的芯片進行改進,設(shè)計大功率型的芯片,同時要保證芯片高質(zhì)量、大尺寸,這樣才能提升內(nèi)量子效率,進而增加發(fā)光功率。但是,發(fā)光功率增加,必然會帶來熱量增加問題,進而導(dǎo)致芯片老化加速,因而要深入研究光能和熱能的轉(zhuǎn)化問題。同時,由于白光LED多為多個LED燈泡組裝使用,所以也使LED 熱量也會聚集在一起,因而必須要LED組裝的散熱問題,這樣才能既保證發(fā)光效率提高,有保障白光LED穩(wěn)定性。
2.3工作壽命有待提高,需提升加強產(chǎn)品可靠性
雖然我國自主生產(chǎn)的白光LED壽命較長,但是與節(jié)能燈等相比差異不大,無法凸顯白光 LED的優(yōu)勢。理論上,白光LED的壽命應(yīng)遠遠高于節(jié)能燈,但是LED實際工作中卻達不到應(yīng)有的壽命。為此,我國LED研究者,要注意優(yōu)化產(chǎn)品設(shè)計,提升白光LED的實際壽命。國外對白光LED老化機理的研究較多,可以為我國LED設(shè)計提供一些啟示。當前,我國LED產(chǎn)品趨向于大功率方向發(fā)展,老化問題也更加嚴重,因而老化機理研究也更加迫切。
2.4熒光粉有待改善,需促進新產(chǎn)品
雖然我國白光LED發(fā)展較快,但是受藍光芯片設(shè)計制造能力的制約,導(dǎo)致我國白光LED 的產(chǎn)品只能占有中低端市場。在藍光芯片設(shè)計中,熒光粉是重要的發(fā)光物質(zhì),其作用是負責(zé)芯片發(fā)出藍光轉(zhuǎn)換成黃光,而我國藍光芯片的熒光粉發(fā)光效率并不高。因而,在推進芯片更新和優(yōu)化的過程中,也要注意挑選更加穩(wěn)定的熒光粉品質(zhì),以提高轉(zhuǎn)換效率。目前,紫外線激發(fā)的熒光粉受到國內(nèi)外研究者的肯定,我國可以深入該方向進行研究,盡快開發(fā)出新的白光LED產(chǎn)品。
3、結(jié)語
白光LED作為重要的半導(dǎo)體科研成果,對我國照明行業(yè)的發(fā)展具有強大的推動作用,因而我國要提升芯片設(shè)計制造能力,推進LED產(chǎn)業(yè)走向高端化。同時,我國半導(dǎo)體科研人員,也要針對白光LED技術(shù)存在的問題,積極進行研究和探討,爭取盡快解決白光LED的問題,使我國LED技術(shù)成為世界LED產(chǎn)業(yè)中的領(lǐng)先者。