[图文]白光LED和照明新光源

上个世纪６０年代，科技工作者利用半导体ＰＮ结发光的原理，研制成了ＬＥＤ发光二极管。当时研制的ＬＥＤ，所用的材料是ＧａＡＳＰ，其发光颜色为红色。经过近３０年的发展，现在大家十分熟悉的ＬＥＤ，已能发出红、橙、黄、绿、蓝等多种色光。然而照明需用的白色光ＬＥＤ仅在近年才发展起来，这里向读者介绍有关照明用白光ＬＥＤ。
１． 可见光的光谱和ＬＥＤ白光的关系。 众所周之，可见光光谱的波长范围为３８０ｎｍ～７６０ｎｍ，是人眼可感受到的七色光——红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，但这七种颜色的光都各自是一种单色光。例如ＬＥＤ发的红光的峰值波长为５６５ｎｍ。在可见光的光谱中是没有白色光的，因为白光不是单色光，而是由多种单色光合成的复合光，正如太阳光是由七种单色光合成的白色光，而彩色电视机中的白色光也是由三基色黄、绿、蓝合成。由此可见，要使ＬＥＤ发出白光，它的光谱特性应包括整个可见的光谱范围。但要制造这种性能的ＬＥＤ，在目前的工艺条件下是不可能的。根据人们对可见光的研究，人眼睛所能见的白光，至少需两种光的混合，即二波长发光（蓝色光＋黄色光）或三波长发光（蓝色光＋绿色光＋红色光）的模式。上述两种模式的白光，都需要蓝色光，所以摄取蓝色光已成为制造白光的关键技术，即当前各大ＬＥＤ制造公司追逐的“蓝光技术”。目前国际上掌握“蓝光技术”的厂商仅有少数几家，所以白光ＬＥＤ的推广应用，尤其是高亮度白光ＬＥＤ在我国的推广还有一个过程。
２． 白光ＬＥＤ的工艺结构和白色光源。 对于一般照明，在工艺结构上，白光ＬＥＤ通常采用两种方法形成，第一种是利用“蓝光技术”与荧光粉配合形成白光；第二种是多种单色光混合方法。这两种方法都已能成功产生白光器件。第一种方法产生白光的系统如图１所示，图中ＬＥＤ ＧａＭ芯片发蓝光（λｐ＝４６５ｎｍ），它和ＹＡＧ（钇铝石榴石）荧光粉封装在一起，当荧光粉受蓝光激发后发出黄色光，结果，蓝光和黄光混合形成白光（构成ＬＥＤ的结构如图２所示）。第二种方法采用不同色光的芯片封装在一起，通过各色光混合而产生白光。
３．白光ＬＥＤ照明新光源的应用前景。 为了说明白光ＬＥＤ的特点，先看看目前所用的照明灯光源的状况。白炽灯和卤钨灯，其光效为１２～２４流明／瓦；荧光灯和ＨＩＤ灯的光效为５０～１２０流明／瓦。对白光ＬＥＤ：在１９９８年，白光ＬＥＤ的光效只有５流明／瓦，到了１９９９年已达到１５流明／瓦，这一指标与一般家用白炽灯相近，而在２０００年时，白光ＬＥＤ的光效已达２５流明／瓦，这一指标与卤钨灯相近。有公司预测，到２００５年，ＬＥＤ的光效可达５０流明／瓦，到２０１５年时，ＬＥＤ的光效可望达到１５０～２００流明／瓦。那时的白光ＬＥＤ的工作电流便可达安培级。由此可见开发白光ＬＥＤ作家用照明光源，将成可能的现实。
普通照明用的白炽灯和卤钨灯虽价格便宜，但光效低（灯的热效应白白耗电），寿命短，维护工作量大，但若用白光ＬＥＤ作照明，不仅光效高，而且寿命长（连续工作时间１００００小时以上），几乎无需维护。目前，德国Ｈｅｌｌａ公司利用白光ＬＥＤ开发了飞机阅读灯；澳大利亚首都堪培拉的一条街道已用了白光ＬＥＤ作路灯照明；我国的城市交通管理灯也正用白光ＬＥＤ取代早期的交通秩序指示灯。可以预见不久的将来，白光ＬＥＤ定会进入家庭取代现有的照明灯。