- LED的应用优势及存在问题
时间:06-12-07 09:23:23 阅读次数:
- 研究力量,以期在这个新兴市场上获得先机。
也正是由于这种竞争,才促使半导体照明业取得了迅猛发展和突破:Cree公司开发出发光效能为74lm/W的白色LED,Lamina Ceramics公司也封装出额定光通为120lm的当前最紧凑的RGB型LED光源……一系列技术上的突破向我们预示着一个新的照明时代的到来。
但是作为一个新兴的技术领域,半导体照明行业还处于一个快速发展阶段,科技进步令我们感到欣喜,但是我们还要意识到无论是技术环节还是行业的规章制度,与传统的光源相比,都还不成熟不健全。要真正实现用LED代替传统光源还有一段很长的路要走,还有很多技术难题需要解决。
3、LED技术难题
理论上LED的发光效能可以高达200lm/W以上,而现有的白光LED则只有70lm/W左右,与节能型荧光灯相比还有一定差距;而且其价格与传统光源相比也有很大的劣势(见右上表)。
因此如何尽快把LED的优势真正发挥出来也就成为现在相关从业人员所必须要面对的技术难题。而要真正开拓出一个全新的半导体照明时代,我们还要从以下几个方面努力攻克技术难题以及进一步规范半导体照明市场。
3.1、LED芯片
芯片是LED的核心,它的内部量子效率的高低直接影响到LED的发光效能,非辐射复合率则决定着芯片产热的大小。可以说只有制造出具有良好质量的LED芯片,才可能有性能优越的LED光源。
为了能够尽量提高内部量子效率以及减少无辐射复合率,主要从两个方面来改善芯片质量,也就是选择合理的芯片结构和控制芯片的缺陷密度。
LED芯片的结构有单异质结构、双异质结构以及量子阱结构等,它对发光效率具有很大的影响。目前使用最为广泛且最有效率的芯片结构为多量子阱结构(Multi-Quantum Well Structure)。
对于LED而言,外延片与衬底的晶格常数以及热涨系数是否匹配、外延片制备工艺等都会直接影响晶格的缺陷密度。这些缺陷可能在某些条件下,特别是对于Ⅲ-氮的发光可能有利,但是就大部分情况而言,因为这些缺陷的存在,会缩短芯片的连续工作寿命,减少载流子密度进而降低发光输出,以及可能成为无辐射复合中心。
因此如何选择合理的芯片结构,了解晶格缺陷对LED芯片发光的影响机理从而更好地控制不利缺陷的产生,也就成为了当前我们所必须面对的重要课题之一。
3.2、封装与散热
LED的封装必须要处理好:应该尽量减少光线在LED内部全反射,增加衬底基板反射率,从而使尽量多的光线能够透射出来,提高LED的外部量子效率,也就是增加LED的发光效能。现有技术包括衬底剥离技术(Lift-off)、Flip-Chip技术等。
还应该选择新型的封装材料,以减少因为紫外线照射而引起的封装材料发黄等带来的颜色变化。
LED的散热问题是影响LED驱动电流提升的一个重要因素。根据下列公式:
TJ=TA+PD(θJ-P+θP-A)=TA+PDθJ-A
其中,TJ——p-n结处的温度;
TA——环境温度;
PD——耗散功率;
θJ-P——结点与阴极插头之间的热阻;
θP-A——阴极插头与空气之间的热阻;LED芯片结点处的温度TA直接影响到LED的寿命,因此LED的散热能力强弱就限制了LED功率的大小,以及安装使用环境的温度。
3.3、白光LED
如何能制备出具有高显色性、高发光效能的白光LED,是LED能够在一般照明中广泛使用的一个前提。对于白光LED而言,发光效能、显色性以及成本都决定着它在照明市场中的竞争力。当前制备白光LED的方法可以分为三种:红、绿、蓝(RGB)多芯片组合白光技术,单芯片加荧光粉合成白光技术以及MOCVA直接生长多有源区




