白光LED现状与存在的问题思考

 

 

上个世纪末期，GaAIInP 四元系和GaN 材料的成熟利用，带动了白光LED 的快速发展，至本世纪初，白光LED 已经突破了技术的束缚，拥有了各种各样的颜色，并实现了批量生产。此外，LED 生产中引进有机物气相外延和分子束外延技术(MOCVD 和MBE)，使得LED 的亮度和色彩饱和度得到了很大提升。MOCVD 技术属于材料生长技术，可以生长成单原子层厚度的完整晶体，同时在材料生长中也利用了价制膜层厚度控制技术——MBE，实现了对芯片结构进行定向控制，可以批量生产出多量子阱等复杂的结构。如今LED 已经拥有了不同的颜色，如GaAllnP 红、绿光等，同时LED 也具有了超高的亮度。近年来，响应低碳经济的号召，白光LED 以高能效的优点成为了重要的光源，同时也吸引了半导体市场的注意力，因而出现了较多LED 企业与半导体企业合作的案例，彻底改变了LED 光源的生产模式。

 

我国政府早在十多年前，就启动了“国家半导体照明工程”计划, 开始深入的探索半导体照明技术。因而，我国白光LED产业开始引进高新技术，并积极探索争取攻破关键难点，尽快掌握核心技术。近十年来，我国白光LED 已经实现了全彩化和超高亮度，并建立起了一个完整的LED 产业。目前，白光LED已经覆盖社会各领域，白光LED 已经与人们的生活紧密的联系在一起，白光LED的功能不仅是照明，还是很多行业的重要元件，白光LED 的身影出现在电视、手机、汽车照明、高精度仪器等领域中，奠定了白光LED 的良好发展态势。

 

 

 

所谓白光LED，需要对多种颜色进行调整，从而使其发出需要的白光，由此可知，多种颜色光的混合比例是非常重要的。为了保证白光的质量，通常采用一些参数进行评价，如色坐标、显色指数等。若光的混合比例设计不当，或随着使用芯片等器件的老化，LED 的白光可能出现变化，达不到既定的设计要求，进而影响正常使用。但是事实上，由于对色温、显色指数的控制效果不佳，较容易出现LED 白光不符合要求的现象。此外，由于白光LED 多作照明光源，因而必须提高设计要求，保证设计的严谨性，进而控制好白光LED 的发光质量。

 

 

在发光效率方面，白光LED 与白炽灯相比效率较高，但是其发光效率低于荧光灯、节能灯类光源；在光通量方面，白光LED 光通量较少，远远低于白炽灯、荧光灯、节能灯。这些问题限制了白光LED 使用范围，因此要对白光LED 进行改进。首先，要给予白光LED 的芯片进行改进，设计大功率型的芯片，同时要保证芯片高质量、大尺寸，这样才能提升内量子效率，进而增加发光功率。但是，发光功率增加，必然会带来热量增加问题，进而导致芯片老化加速, 因而要深入研究光能和热能的转化问题。同时，由于白光LED 多为多个LED 灯泡组装使用，所以也使LED 热量也会聚集在一起，因而必须要LED 组装的散热问题，这样才能既保证发光效率提高，有保障白光LED稳定性。

 

 

虽然我国自主生产的白光LED 寿命较长，但是与节能灯等相比差异不大，无法凸显白光LED 的优势。理论上，白光LED的寿命应远远高于节能灯，但是LED 实际工作中却达不到应有的寿命。为此，我国LED 研究者，要注意优化产品设计，提升白光LED 的实际寿命。国外对白光LED 老化机理的研究较多，可以为我国LED 设计提供一些启示。当前，我国LED 产品趋向于大功率方向发展，老化问题也更加严重，因而老化机理研究也更加迫切。

 

 

虽然我国白光LED 发展较快，但是受蓝光芯片设计制造能力的制约，导致我国白光LED 的产品只能占有中低端市场。在蓝光芯片设计中，荧光粉是重要的发光物质，其作用是负责芯片发出蓝光转换成黄光, 而我国蓝光芯片的荧光粉发光效率并不高。因而，在推进芯片更新和优化的过程中，也要注意挑选更加稳定的荧光粉品质，以提高转换效率。目前，紫外线激发的荧光粉受到国内外研究者的肯定，我国可以深入该方向进行研究，尽快开发出新的白光LED 产品。

 

 

白光LED 作为重要的半导体科研成果，对我国照明行业的发展具有强大的推动作用，因而我国要提升芯片设计制造能力，推进LED 产业走向高端化。同时，我国半导体科研人员，也要针对白光LED 技术存在的问题，积极进行研究和探讨，争取尽快解决白光LED 的问题，使我国LED 技术成为世界LED 产业中的领先者。

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