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huxiaoye

银虫 (小有名气)

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[求助] 紫外LED芯片水平

请问目前紫外LED芯片发展水平，比如国际上现有哪个公司紫外LED芯片做的较好，目前光通，光效等能达到什么样的水平？请专业人士多多指教，想混金币的请绕道，谢谢。

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1楼2010-09-28 11:19:34

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ganchunlei

至尊木虫 (著名写手)

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【答案】应助回帖

huxiaoye(金币+2, 博学EPI+1):谢谢不过我想知道是芯片并且是最近的呵呵辛苦了 2010-09-28 15:52:46

1.
目前，常见照明光源存在一定的不足：真空器件体积大，易碎，发光效率低；日光灯短波紫外线激发波长更长的红绿蓝荧光粉发光，发光效率低，寿命短．体积小，效率高，能耗低，寿命长成为对未来新一代照明光源的基本要求，并且要使光源光谱的分布尽量接近太阳光谱，才能与眼睛的特性相匹配．满足这一条件最好方法就是用两种或多种色光合成白光．1962年由GaAsP材料制作而成红色发光二极管(1ight emitting diode，LED)问世．在其后40多年中，LED经历了GaAsP、GaA1As和InGaA1P等多种材料的形式，虽然发光效率提高了近1 000倍，但发光颜色长期局限于红色和黄绿色．其应用主要是数码指示和半彩色显示领域．1993年，日亚公司的Nakamora首次成功地研制出氮化物LED，实现了蓝色半导体发光；进而于1996年实现了白光LED．白光LED具有发热量低、寿命长、省电、反应速度快、环保无水银、体积小可平面封装，易开发成轻薄短小产品等优点．另在发光效率上，目前商品化的白光LED已达25～30 lm／W．虽然仍落后荧光灯泡，但已超过白炽灯泡的发光效率15 lm／W，且以白光LED发展进程来看，3～5年内若技术突破至80 lm／W，将可达到荧光灯泡的发光效率水平．再配合成本的快速下降，预计将可逐渐取代现有照明市场．正是由于它作为新一代高效节能照明光源的大市场前景，引起了全球半导体和照明领域研究人员的高度重视．

研究人员用各种方法实现白光LED，提高它的发光强度和发光效率．其中实现白光LED主要有三
种途径．
   (1)三基色多芯片组合．这种方法具有效率高、
色温可控、显色性较好的特点；但是由于三基色光衰不同导致色温不稳定，并且控制电路复杂、成本较高．
   (2)蓝色芯片与黄色荧光粉的组合(“蓝一黄”
模式)．这种LED效率高、制备简单、温度稳定性较好、显色性较好；但是仍存在一致性差、色温随角度变化的缺点．
   (3)紫外芯片与三基色荧光粉的组合(“uv一三
基色”模式)．这种LED显色性好、制备简单；但是紫外芯片效率较低，有紫外光泄露问题，荧光粉温度稳定性问题有待解决．“蓝一黄”和“紫外一三基色”模式是单芯片下
工作的，有利于控制色品质参数以及生产成本的降低．“蓝一黄”模式已经实现了商品化．随着半导体技术的发展，宽禁带的紫外器件的效率不断提高，“紫外一三基色”模式的发光效率也得到了很大程度的提高．对于这两种白光LED的实现方式来说，芯片技术、荧光粉性能以及封装工艺是影响光源参数的重要指标．

2 蓝光和紫外光芯片
   从芯片来说，衬底材料，芯片外延技术，以及LED器件的制作是芯片技术的关键部分．如衬底材料采用A1N、SiC以及GaN和蓝宝石，分别在其上制作多量子阱紫外发光器件．它们的紫外发光特性具有数量级的差别，说明基于匹配衬底所做的低缺陷密度LED有可能获得最佳的发光性能．
蓝宝石衬底的蓝、绿、紫及紫外芯片目前所获得的最佳性能是在采取侧向生长等技术的基础上取得
的，目的在于减小位错密度．蓝、紫芯片的发光效率约40％，而绿、紫外芯片约l5％，离目标值分别相差2～6倍．基于该芯片的白光性能改进主要依赖于荧光粉和封装技术的改进．由于在SiC上所做的器件具有更小的位错密度，基于该衬底的各色光LED性能仍优于上述蓝宝石衬底侧向生长的LED性能．由于该衬底材料较蓝
                                             2007年第11期物理通报知识介绍
   宝石的贵7 10倍，有关性能优化的研究工作做得相对较少，也许还有较大的潜力可挖．
芯片的质量决定白光LED的性能，目前市场上大量提供的蓝色和蓝紫色芯片的尺寸小，大约为
0．35×0．35删，功率小于0．1 W．因此，一支q,5 mm炮弹型白光LED(蓝芯片)的光通只有1．3 2．0m．紫外芯片质量更低．因此，发展大功率大、尺寸的
先进性的蓝光和紫外芯片刻不容缓．
   (1)美国Lumileds公司向市场推出1 W和5 w
大功率、大尺寸(1 m 2)白光luxeon系列产品，光通分别达到18 lm和120 lm．
   (2)芯片倒置技术及纹理表面取光结构是近些
年发展起来的又一新技术．正在发展的这两种新技术和结构可使LED的外量子效率和取光率提高，在A1GalnN和InGaA1P芯片上均获得重大发展．
   (3)提高uv光芯片的功率和效率，积极研制波
长短的uv芯片，为发展uv一三基色荧光粉白光LED奠定扎实基础．
3 荧光体
3．1 蓝光激发的荧光体
目前可被蓝光激发并发射可见光的荧光粉的品
种并不多．可分为稀土石榴石(YAG)，硫代镓酸盐，碱土硫化物，碱土金属铝酸盐，卤磷酸盐，卤硅酸盐
以及氟砷(锗)酸镁等七大类．其中硫化物，发光效率很高，但性能不稳定，逸出的硫化物将毒化芯片和
电傲．二价铕(Eu2 )激活的铝酸锶，类似商用绿色长余辉荧光体，颗粒很大(10 gm以上)，荧光粉呈碱
性，易腐蚀芯片等材料．其他材料，它们只能被450nnl及以下的蓝光激发，且效率不高．因此，综合各种物理化学及发光特性后，三价铈激活的稀土石榴石
YAG：Ce3 体系荧光粉自然成为白光LED的首选材料．它们的吸收和激发光谱与InGaN芯片的蓝色发
光光谱相对其他荧光粉来说匹配得最佳，而且发射光谱范围很宽，覆盖黄绿光光谱范围，且发光效率
高，性能稳定，耐电子束、紫外和可见光子的轰击．YAG：Ce2+发射出强的黄光，其发射光谱从470 nm
延伸至730 nm附近，覆盖很宽光谱范围；但这类YAG：ce2 黄色荧光粉的发射光谱中红色成分少．因
此，利用这种方案实现5 000 K以下的低色温和大于80的高显色指数、高亮度的暖白光LED较难．研发.可被蓝光更有效激发的、光子转换效率更高的荧光粉难度较大．
3．2 “蓝一黄”模式的改进
蓝光芯片与黄色荧光粉的组合色温偏高，显色指数偏低阻碍了它的进一步应用．在荧光粉中加入
一定量的二价Eu激活的碱土金属硫化物红色荧光粉，可以在一定程度上使色温降低，提高显色指数，
这和紧凑型荧光灯的现象是一致的；但是光通量却下降得太多．其原因是该荧光粉的的激发光谱很宽，
从380 nm一直延伸到600 nm，在这样一个激发范围中，不仅覆盖了蓝光LED的发射波长，而且也覆盖了大部分YAG：Ce3 黄色荧光粉的发射波长．因此，二价Eu激活的碱土金属硫化物不仅把蓝光LED的能量部分地转成了红光，而且把YAG：Ce3 荧光粉发出的对人眼最敏感的黄绿光也部分地转成了红光，
这样总的LED光通量自然就会大幅度地下降．色温从5 492 K降到4 226 K，降低了1 266 K，显色指数从75．9提高到78．9，提高了3．0．色温的降低和显色指数的提高并不多，可是光通量却从3．392 lm降到1．864 lm，降低了45％，这自然是不合理的．三价Eu激活的荧光粉的激发光谱是较窄的带
状、峰值波长在460 nm左右的光谱，加入这种红色荧光粉会避免二价Eu激活的碱土金属硫化物红色
荧光粉的弊病．Eu3 激活的氧化物体系LED红粉的激发发射光谱，其发射波长很理想，处在人眼对红光
光谱较敏感的610 nm附近；但激发光谱为线谱，对芯片的发光光谱要求太严，也是不实际的．总之，要
降低LED色温和提高显色性，还得从其他方面努力．
3．3 长波紫外激发的无机荧光体
   当功率较高的紫外光激光半导体LD刚出现时，许多科研工作者就预见蓝光和紫外光的LED和LD
发展为荧光粉的使用打开新的领域．可被长波和短波紫外光有效激发的高效荧光体种类繁多，除上述七大类外，还有硅酸盐，稀土硫氧化物，磷酸盐，钒酸盐，硼酸盐等等．它们的量子效率比YAG：Ce3 高．这为发展紫外LED和三基色荧光体组合方案，实现白光LED另一种方案打下扎实可靠的基础．其原理和稀土三基色荧光灯(节能灯)相同，但激发源和荧光粉都不同．目前已开发出发光效率高达30 lm／W 的白光
                     2007年第11期物理通报知识介绍
LED．这一水平可与蓝芯片与YAG：Ce3 黄色荧光粉组合的白光LED相媲美．
3．4 蓝色、紫外化合物半导体芯片与有机荧光材料组合
实现白光LED的方案既可使用无机荧光粉，也可使用有机荧光材料．人们也注意到这一方案的研
发，其原理和无机白光LED相同，但与显示器用有机LED(OLED，OEL)方案的原理、材料及器件结构
和形成工艺完全不同．但这种OLED(OEL)也是可以向平板照明光源发展的，其前景不可忽视．
实现高效LED白光发射，对荧光粉的转换效率、发光强度、色品质等有严格的要求．另一方面，由
于荧光粉在器件特殊的涂布和封装方式，对其粒度、均匀性、分散性有着不同于灯用荧光粉的要求．为适
应这些全新的工艺要求，许多制备方法应运而生．高温固相法是传统的合成方法，最近又发展了共沉淀
法、熔胶凝胶法、燃烧法、喷雾热解法以及微波热合
(上接第2页)
其应用的研究．巨磁电阻的发现再次向人们揭示，完全偶然的发现可以带来全新的技术和商业产品应
用．发现巨磁电阻效应不仅为硬盘生产带来一场革命，而且对这个效应的深入研究导致一个新的领
域— — 自旋电子学(spintronics)的产生，在自旋电子学领域中，原来分开的电子学和磁学重新走到一
起，并在纳米尺度的微电子世界中占据主导地位．
4 磁致电阻现象的进一步发展和展望
目前巨磁电阻技术已经是一种非常成熟的技术，在它之后人们又相继发现了隧穿磁电阻
(tunneling magnetoresistance，TMR) 和庞磁电阻(colossal magnetoresistance，CMR)．TMR系统中，用绝缘层取代了GMR系统中的非磁性金属层，电子以量
子穿隧的方式通过系统，在这个系统中电阻的变化可达到200％．该系统又被称为磁隧穿结，由于它的
良好电子特性，它被应用于磁随机存贮器(MRAM)，这种存贮器像硬盘一样，断电后可以保留数据，但速
度又能接近于普通的内存，现在基于TMR的MRAM器件得到了广泛地应用．庞磁电阻，是在金属氧化物(陶瓷)材料中发现成法等方法．
4 .1封装工艺
LED器件的封装工艺是一个十分重要的工作．没有正确的封装，LED器件光损失严重，光通和光效
低，光色不均匀，使用寿命短．当前所发展的白光LED的传统构件难以适应作为照明光源的要求，颗
粒大小、支架、封装用的树脂以及光学结构等有待采用新设计思想、新工艺和新材料，以臻工艺完善，适
合固体照明光源的发展．人们一方面继承，更重要的是摈弃旧的框框，创新性推出有自己特色的照明用
新白光LED光源．以下几个问题应优先发展．
(1)外量子效率低，折射率物理屏障难以克服．
(2)设计导热性能较好的封装方式．
(3)光色均匀和光通高的封装工艺．
(4)封装树脂，高透过率，耐热，高热导率，耐uv和日光辐射及抗潮的封装树脂．的一种新现象，这种材料置于磁场中时，它的电阻变化要比GMR高几个数量级．它的发现让全世界都为之震惊，它具有很多非常新奇的性质，其工作原理目前还在研究之中，科学家们认为，电子相关性在其中
起重要作用．20世纪7O年代纳米技术的进步是发现巨磁电阻的必要条件，如果没有纳米尺度的制膜技术，就不可能发现巨磁电阻效应．纳米级的薄膜，其厚度仅有数个原子，在纳米尺度下，材料的性质会与宏观尺度下有极大的不同．不仅仅是磁性质、电性质、光学性质、化学性质，材料强度都会有很大区别．因此在这个意义上，巨磁电阻的发现也被认为是纳米技术最早的重要应用．可以认为，GMR不仅仅引发了一场硬盘技术的革命，还代表人类电子科技和工业文明进入纳米尺度的量子世界．GMR的发现和研究不但促进纳米技术的进一步发展，还产生了应用于微观领域的电子学—— 自旋电子学，人类从此不仅仅利用电子的电荷属性，电子的自旋属性也得到了开发和应用．

2.
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