21世紀(jì)的光明—白光led產(chǎn)品發(fā)展簡(jiǎn)析

華東電子 楊國(guó)棟 沈培宏

摘要：本文簡(jiǎn)介白色led的技術(shù)和發(fā)展前景，白色LED的發(fā)光效率正在逐步提高，商品化的器件已達(dá)到白識(shí)燈的水平，實(shí)驗(yàn)室的白色led發(fā)光效率接近熒光燈的水平，并在穩(wěn)步增長(zhǎng)之中。由于它還具有無(wú)污染、長(zhǎng)壽命、耐震動(dòng)和抗沖擊的鮮明特點(diǎn)，白光LED是LED產(chǎn)業(yè)中最被看好的新興產(chǎn)品，在全球能源短缺的憂慮再度升高的背景下，白光LED在照明市場(chǎng)的前景備受全球矚目，歐、美及日本等先進(jìn)國(guó)家也投注許多人力，并成立專門(mén)的機(jī)構(gòu)推動(dòng)白光LED研發(fā)工作。它將成為21世紀(jì)的新一代光源--第四代電光源，以替代白幟燈、熒光燈和高壓氣體放電燈等傳統(tǒng)光源，白光LED孕育著巨大的商機(jī)。

白光LED的技術(shù)概況

    自從出現(xiàn)發(fā)光二極管LED以來(lái)，人們一直在努力追求實(shí)現(xiàn)固體光源，隨著發(fā)光二極管LED制造工藝的不斷進(jìn)步和新型材料（氮化物晶體和熒光粉）的開(kāi)發(fā)及應(yīng)用，使發(fā)白色光的LED半導(dǎo)體固體光源性能不斷完善并進(jìn)入實(shí)用階段。白光LED的出現(xiàn)，使高亮度LED應(yīng)用領(lǐng)域跨足至高效率照明光源市場(chǎng)。曾經(jīng)有人指出，高亮度LED將是人類繼愛(ài)迪生發(fā)明白熾燈泡之后，最偉大的發(fā)明之一。所謂白光是多種顏色混合而成的光，以人類眼睛所能見(jiàn)的白光形式至少須兩種光混合，如二波長(zhǎng)光(藍(lán)色光+黃色光)或三波長(zhǎng)光(藍(lán)色光+綠色光+紅色光)，目前已商品化的產(chǎn)品僅有二波長(zhǎng)藍(lán)光單晶片加上YAG黃色熒光粉，在未來(lái)較被看好的是三波長(zhǎng)光，以無(wú)機(jī)紫外光晶片加R.G.B三顏色熒光粉，此外有機(jī)單層三波長(zhǎng)型白光LED也有成本低、制作容易的優(yōu)點(diǎn)。預(yù)計(jì)三波長(zhǎng)白光LED今年有商品化的機(jī)機(jī)會(huì)，未來(lái)應(yīng)用在取代熒光燈、緊湊型節(jié)能熒光燈泡及LCD背光源等市場(chǎng)，對(duì)白光LED的市場(chǎng)成長(zhǎng)有很大的幫助。

    在技術(shù)方面白光LED目前主要分為兩種發(fā)光方式:目前主要的商品化作法是日亞化學(xué)(Nichia)以460nm波長(zhǎng)的InGaN藍(lán)光晶粒涂上一層YAG熒光物質(zhì)，利用藍(lán)光LED照射此一熒光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的555nm波長(zhǎng)黃光，再利用透鏡原理將互補(bǔ)的黃光、藍(lán)光予以混合，便可得出肉眼所需的白光。白光LED開(kāi)發(fā)基礎(chǔ)在于藍(lán)光技術(shù)，目前在藍(lán)光LED技術(shù)方面仍以日亞化學(xué)領(lǐng)先，擁有眾多專利權(quán)。第二種是日本住友電工亦開(kāi)發(fā)出以ZnSe為材料的白光LED，不過(guò)發(fā)光效率較差，但由于目前白光LED市場(chǎng)熱銷，仍呈現(xiàn)供不應(yīng)由求現(xiàn)象。

業(yè)界概況

    在LED業(yè)者中，日亞化學(xué)是最早運(yùn)用上述技術(shù)工藝研發(fā)出不同波長(zhǎng)的高亮度LED，以及藍(lán)紫光半導(dǎo)體激光（Laser Diode；LD），是業(yè)界握有藍(lán)光LED專利權(quán)的重量級(jí)業(yè)者。在日亞化學(xué)取得蘭色led生產(chǎn)及電極構(gòu)造等眾多基本專利后，堅(jiān)持不對(duì)外提供授權(quán)，僅采自行生產(chǎn)策略，意圖獨(dú)占市場(chǎng)，使得藍(lán)光led價(jià)格高昂。但其他已具備生產(chǎn)能力的業(yè)者相當(dāng)不以為然，部分日系LED業(yè)者認(rèn)為，日亞化工的策略，將使日本在藍(lán)光及白光LED競(jìng)爭(zhēng)中，逐步被歐美及其他國(guó)家的LED業(yè)者搶得先機(jī)，屆時(shí)將對(duì)整體日本LED產(chǎn)業(yè)造成嚴(yán)重傷害。因此許多業(yè)者便千方百計(jì)進(jìn)行藍(lán)光LED的研發(fā)生產(chǎn)。目前除日亞化學(xué)和住友電工外，還有豐田合成、羅沐、東芝和夏普，美商Cree，全球3大照明廠奇異、飛利浦、歐司朗以及HP、Siemens、 Research、EMCORE等都投入了該產(chǎn)品的研發(fā)生產(chǎn)，對(duì)促進(jìn)白光LED產(chǎn)品的產(chǎn)業(yè)化、市場(chǎng)化方面起到了積極的促進(jìn)作用。

白光LED的特色

    白光LED是最被看好的LED新興產(chǎn)品，其在照明市場(chǎng)的發(fā)展?jié)摿χ档闷诖Ｅc白熾鎢絲燈泡及熒光燈相比，LED具有體積小(多顆、多種組合)、發(fā)熱量低(沒(méi)有熱幅射)、耗電量小(低電壓、低電流起動(dòng))、壽命長(zhǎng)(1萬(wàn)小時(shí)以上)、反應(yīng)速度快(可在高頻操作)、環(huán)保(耐震、耐沖擊不易破、廢棄物可回收，沒(méi)有污染)、可平面封裝易開(kāi)發(fā)成輕薄短小產(chǎn)品等優(yōu)點(diǎn)，沒(méi)有白熾燈泡高耗電、易碎及日光燈廢棄物含汞污染的問(wèn)題等缺點(diǎn)，是被業(yè)界看好在未來(lái)10年內(nèi)，成為替代傳統(tǒng)照明器具的一大潛力商品。

表一:白光LED與現(xiàn)行照明設(shè)備比較

照明方式 特點(diǎn)
 
    白光LED 具有發(fā)熱量低、耗電量少（白熾燈泡的八分之一，熒光燈泡的二分之一）、壽命長(zhǎng)（數(shù)萬(wàn)小時(shí)以上，是熒光燈的10倍）、反應(yīng)速度快、體積小可平面封裝等優(yōu)點(diǎn)，易開(kāi)發(fā)成輕薄短小的產(chǎn)品，是被業(yè)界看好在未來(lái)10年內(nèi)，成為替代傳統(tǒng)照明器具的一潛力商品。
熒光燈 熒光燈省電，但廢棄物有汞污染、易碎等問(wèn)題。
白熾鎢絲燈泡 低效率、高耗電、壽命短、易碎。

    目前白光LED仍處于初期發(fā)展階段，在使用壽命上仍待改進(jìn)，但基本上沒(méi)有白熾燈泡、熒光燈的缺點(diǎn)，價(jià)格過(guò)高是未能普及的主要原因。據(jù)日本業(yè)者估計(jì)，LED晶粒成本需由99年的每顆1美元降至0.2美元以下，市場(chǎng)才有更高的接受度。未來(lái)白光LED的應(yīng)用市場(chǎng)將非常廣泛，包括手電筒、裝飾燈、LCD背光源、汽車內(nèi)部照明市場(chǎng)、投影燈源等，不過(guò)最被看好的市場(chǎng)以及最大的市場(chǎng)還