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1、紫外紫外 LED紫外 LED 是发射紫外光的二极管。一般指发光中心波长在 400nm 以下的 LED，但有时将发光波长大于 380nm 时称为近紫外 LED，而短于 300nm 时称为深紫外 LED。因短波长光线的杀菌效果高，因此紫外 LED 常用于冰箱和家电等的杀菌及除臭等用途。 紫外紫外 LED 简介简介 紫外 LED 主要采用 GaN 类半导体。产品方面，日亚化学工业上市了发光中心波长从 365nm385nm 不等的品种，Nitride Semiconductor 上市了发光中心波长为355nm375nm 不等的品种。波长不足 300nm 的深紫外 LED 的开发活动也很活跃。2008
2、年理化学研究所和松下电工曾公布，采用 GaN 类半导体的 InAlGaN 开发出了发光中心波长为 282nm，光输出功率为 10mW 的深紫外 LED。波长更短的深紫外 LED 方面，NTT 物性科学基础研究所采用 AlN 材料开发出了发光中心波长为 210nm 的深紫外 LED。紫外紫外 LED 的应用的应用 紫外 LED(UV LED)主要应用在生物医疗、防伪鉴定、净化(水、空气等)领域、计算机数据存储和军事等方面。而且随着技术的发展,新的应用会不断出现以替代原有的技术和产品,紫外 LED 有着广阔的市场应用前景,如紫外 LED 光疗仪是未来很受欢迎的医疗器械,但是目前技术还处于成长期。
3、国内紫外国内紫外 LED 的发展现状的发展现状 “十一五”国家 863 计划新材料技术领域重大项目“半导体照明工程”课题“深紫外 LED 制备和应用技术研究”经过持续攻关，在高铝组分材料研究和器件应用方面取得重要突破。半导体深紫外光源在照明、杀菌、医疗、印刷、生化检测、高密度的信息储存和保密通讯等领域具有重大应用价值。以 AlGaN 材料为有源区的深紫外 LED 的发光波长能够覆盖 210-365nm 的紫外波段，是实现该波段深紫外 LED 器件产品的理想材料，具有其它传统紫外光源无法比拟的优势。在国家 863 计划支持下，课题研究团队集中开展了基于 MOCVD 的深紫外 LED 材料和器件研
4、究工作，着重解决材料存在的表面裂纹、晶体质量差、铝组分低、无法实现短波长发光和结构材料设计等问题，在一些关键技术方面取得了突破，获得了高结晶质量无裂纹的高铝组分材料。在此基础上，课题在国内首次成功制备了 300nm 以下的深紫外 LED器件，实现了器件的毫瓦级功率输出，开发了深紫外杀菌模块，经测试杀菌率达到 95%以上。紫外紫外 LED 技术探讨技术探讨 紫外 LED 正在受到照明设备厂商及液晶显示器厂商的广泛关注。因为通过配合使用紫外光与可将紫外光分别转换成红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）的荧光材料，有可能实现具有较强色彩再现力的白色 LED。目前，市售的白色 LED 大多使用的是蓝色LE
5、D 以及将蓝色光转换成黄色光的荧光体材料，红色光成份较弱。将白色光照射在红色物质上时会显现出微弱的橙色。如果要用于背光灯的话，就只好在彩色滤波器上想办法。但如果是紫外 LED 的话，就可以解决这些问题。不过，由于紫外紫外 LED 的发光效率较使用蓝的发光效率较使用蓝色色 LED 的产品大约要低一半，因此亮度就成了紫外的产品大约要低一半，因此亮度就成了紫外 LED 的一大课题。的一大课题。上述技术发表后，如何生产出具有与使用蓝色 LED 相同亮度的白色 LED，各 LED 厂商的解决方案一下子变得明朗了。芯片尺寸与封装是开发中的关键所在日亚化学工业之所以能实现 100mW 的高功率，原因主要有两
6、个：其一，将封装封装LED 芯片面积扩大到普通芯片面积扩大到普通 LED 的的 10 倍倍，即 1mm1mm。此举便使得功率远高于此前其它公司的产品。其二是：为了解决 LED 因紫外光而出现的性能恶化现象，在封装过程中采用了不使用封装过程中采用了不使用树脂材料的方法树脂材料的方法。通过将 LED 芯片装入金属封装内，不使用任何封装材料直接用金属盖封住。这种方法此前该公司一直在 GaN 类蓝紫色半导体激光器中采用。由于此前作为封装材料使用的环氧类树脂材料在紫外光的作用下，容易出现树脂性能恶化的现象，导致透明性降低，从而使得 LED 亮度也随之降低。另外，还有一个不可忽视的特点。那就是将紫外将紫外
7、 LED 发光波长设定为发光波长设定为 380nm。在波长为 405nm 的产品中，已经存在具有更高输出功率的紫外 LED。例如，美国 Cree 公司供应的紫外 LED 工业样品的输出功率为 250mW。但是，考虑到目前使用的荧光材料，考虑到目前使用的荧光材料，380nm 波长波长 LED 的的 RGB 转换效率要更高一些。转换效率要更高一些。包括山口大学等院校参加的“21 世纪照明工程”正在探讨使用 400nm 波长紫外 LED的可行性。因为“波长 380nm 的光，在提高使用紫外 LED 制造的白色 LED 的发光效率时早晚都要面临极限”（该大学工学部教授、“21 世纪照明工程”项目负责人
8、田口常正）。该工程主张最佳波长为 400nm 的理由主要有两个。一个是紫外紫外 LED 本身的外部量本身的外部量子效率在子效率在 400nm 附近最高附近最高。2002 年 3 月 7 日、8 日于东京召开的“白色 LED 与新照明系统的应用”论坛上三菱电线工业与 Stanley 电气、山口大学共同发布的数据显示，波长波长400nm 的外部量子效率是的外部量子效率是 380nm 的近的近 2 倍倍。外部量子效率表示的是向 LED 内部注入1 个电子时，从 LED 向外部放射的光子的数量。这一数值越高，输入 LED 的电能以热能扩散的可能性就越小。另一个理由是使用使用 400nm 波长，有望提高
9、荧光体的波长，有望提高荧光体的 RGB 转换效率转换效率。其理由是RGB 各自的波长与紫外光之间的波长差距较小。波长差距越大，波长转换前后的光能量差波长差距越大，波长转换前后的光能量差也就越大。这一能量差将转换成热量，最终会减少转换成光的能量。也就越大。这一能量差将转换成热量，最终会减少转换成光的能量。白色 LED 本身的外部量子效率方面， “很有可能还是波长 400nm 的光最高”（山口大学 田口）。剩下的课题是荧光材料和树脂材料为了进一步提高紫外 LED 的外部量子效率，“21 世纪照明工程”将采用对使用于 LED的蓝宝石底板的表面进行加工的方法。将该表面加工成线条状后，形成 GaN 类半
10、导体。通过这项技术，可以将降低外部量子效率的主要原因-结晶缺陷降低到原产品的约1/3（1.5 108cm-2），外部量子效率提高至 2.5 倍。同时，蓝宝石底板的加工费不会太高。“虽然底板成本多少有些提高，但是生产 LED 的生产能力不会降低。LED 芯片的生产成本将会与目前基本持平”（三菱电线工业 信息通信业务本部 信息通信光子研究所光半导体部门主任研究员只友一行）。当前，将当前，将 400nm 紫外紫外 LED 用于白色用于白色 LED 所面临的课题是，如何开发由所面临的课题是，如何开发由 400nm附近的光激励的荧光材料以及不会因这种光而出现性能恶化的封装材料。附近的光激励的荧光材料以及
11、不会因这种光而出现性能恶化的封装材料。荧光材料方面，存在的问题依然是红色光的转换荧光材料方面，存在的问题依然是红色光的转换。目前，虽然已经发现了能够将 400nm 附近的紫外光有效地转换成绿色及蓝色的材料，但是能够转换成红色的材料只发现了低效率的品种。虽然在该工程中负责开发荧光体的化成 Optonix 表示，通过将红色荧光体 Y2O2S:Eu 的 Y 转换成 La，可以将效率提高至原来的 2 倍，但这离实现高效率的白色 LED 还有一段距离。封装材料方面，如果要以白色 LED 的量产为目标的话，就需要使用容易进行封装的树脂材料。一般情况下，环氧树脂之所以在 400nm 左右的紫外光中出现性能恶
12、化，是因为因为树脂中的苯环双重结构被紫外光所激励，加速了树脂的氧化过程。树脂中的苯环双重结构被紫外光所激励，加速了树脂的氧化过程。参加该工程的 Stanley电气正在开发不使用苯环而且具有高耐热结构的树脂。因为如果省略了苯环，材料就容易因过热而出现性能恶化。（记者：大久保聪）日亚化学工业将于 2002 年 5 月上市的紫外 LED 光输出功率提高到了100mW。LED 芯片面积为 1mm1mm，是普通 LED 的 10 倍。另外，封装芯片时并没有使用树脂类材料。由日亚化学工业、美国 Cree 公司和 NECD 等公司推动的“21 世纪照明工程”的 GaN类 LED 外部量子效率比较。在 400
13、nm 附近，外部量子效率达到最大值。如果波长超过400nm，外部量子效率就会缓慢降低。如果小于 400nm，外部量子效率则会急剧降低。21 世纪照明工程正在开发的 GaN 类 LED 构造。要想提高 LED 的外部量子效率，减少 LED 中的结晶缺陷是关键。与不加工蓝宝石底板的普通方法相比，LEPS 技术（在沿（1120）或（1100）方面加工出沟道的蓝宝石底板上形成 GaN 类 LED 的技术）可以减少约 1/3 的结晶缺陷。使用于荧光灯及彩色电视接收机的荧光材料更容易吸收 300nm 附近的光。但是，在LED 外部量子效率高的 400nm 附近，将光转换成绿色及蓝色的荧光体材料的光吸收强度大约是峰值 2/3，而转换成红色光的荧光体材料的吸收强度只有约 1/10。另外，激励强度方面，波长 380nm 时的数值为 100。
