LED照亮一切（二）：实现200lmW以上的发光效率和高易用性

LED照亮一切（二）：实现200lmW以上的发光效率和高易用性
2011-6-22 16:29:00 技术在线行业分类:其它浏览

　　“毫无疑问，通过技术创新来提高效率的速度将越来越缓慢”（欧司朗日本）。很多相关人士认为，2020年之前，白色LED的发光效率将达到顶点。不过，数年后，白色LED产品的发光效率仍是证明LED厂商实力所不可或缺的指标。

　　输入到白色LED的电力转换为光后输出到外部的过程如下：①向蓝色LED芯片输入电力，发出蓝光；②通过荧光材料将部分蓝光的波长转换为长波长的可见光；③蓝光和进行过波长转换的光混合后成为白色光输出到封装外部。要想提高发光效率，就必须减少各个环节中的能量损失。

　　每个环节需要以下技术：①降低电阻损失、在发光层改善电子产生光子的内部量子效率、提高将光子输出到蓝色LED芯片外的光提取效率；②改善波长转换效率；③提高向封装外输出白光的光提取效率，等等。迄今为止各厂商已经提出多种改进措施，并取得了显著成果。

　　例如，电阻损失的指标——白色LED的正向电压较原来大幅降低。照明用途常用的1W产品，其正向电压以前接近4V，而现在已经降至2.9～3V左右（图3）。从蓝色光的能量（2.75eV）来看，以前输入功率的20～30％多会因电阻丧失，而现在只损失5％左右。光提取效率也大幅提高，其中最高的产品为70％左右，在研发水平达到了90％。

　　要想实现200lm/W以上的发光效率，在实施上述所有改进措施的基础上，还需要整体提高①的内部量子效率和②的波长转换效率。因为这二者的提高空间相对较大。比如，内部量子效率目前为50～70％的水平。美国飞利浦流明（Philips Lumileds Lighting）宣布，将实现使每枚LED芯片具备1000lm的高输出以及高效率的白色LED，由此内部量子效率需要提高至80％以上（图2（b））。

　　结晶品质和发光层构造存在改进余地

　　内部量子效率和波长转换效率将会如何改善呢？内部量子效率方面，需要改进发光层材料——GaN系半导体外延结晶的结晶品质和发光层构造；波长转换效率方面，需要改进荧光材料材料并开发新材料。这些举措均从白色LED面世时起就一直在进行。

　　除此之外，还具有将GaN系结晶的结晶面由目前的极性面变为非极性面，从而大幅提高内部量子效率的方法。该方法此前一直处于研发阶段，不过最近已开始向实用阶段迈进。例如，韩国首尔半导体（Seoul Semiconductor）计划2011年底开始样品供货，三菱化学计划最早在2012年实现实用化。首尔半导体表示，通过提高内部量子效率，有望将发光效率较现有产品提高40～70％。（未完待续，编辑：LEDxume）

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