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1、海峡两岸第九届照明科技与营销研讨会专题报告文集照明光源用白光 L E D的发展方向刘行仁( 福建省苍乐电子企业有限公司)摘要:本文着重对蓝光和紫外光芯片与荧光粉组合方案的发展方向， 从芯片、荧光体及封装工艺三大 要素，灯具、成本价格、 知识产权战略及白光L E D 的标准进行详细的评述。 指出在可用于照明的色温区内， 高光通、 高光效、 高显色指数、 色的均匀性是今后白光L E D的发展方向。为实现这一方向，积极研发大功率大尺寸蓝光和 U V光芯片及新结构，采用先进的封装工艺和结构科学的器件， 研制新型高效无机和有机荧光体。 重视知识产权，制定相关的标准等确保新固体照明光源早日实现。文中还给出
2、我们新近的某些研发成果。上世纪末白光领域中的一个热门。L E D的出现吸引各国政府及企业的热情关注，成为光电子、照明工程科技短短的5 - 6 年来，白光L E D的研发和应用取得举世瞩目的成绩。人们期代新照明光源， 达到节能的绿色照明目的， 并民 制成两个战略发展目 标:2 0 0 5 年白光L E D的光效达到5 0 1 m / w以上，开始部分取代白炽灯，进入商业照明;2 0 1 0 年达到 l 0 0 1 m / w以土，开始进入家庭照明。目 前水平还有大的差距，某些材料、器件和工艺还存在关键性问题有待人们攻克。为了实现白光L E D 照明目 标， 针对白光L E D 存在问题和发展方向
3、， 本报告中对 ( 1 )大功率高效蓝光和紫外L E D 芯片:( 2 )高效荧光粉;( 3 ) 先进L E D 封装工艺;( 4 ) L E D 灯具;( 5 )价格;( 6 )标准:( 7 )重视知识产权战略等方面发展方向进行评述，指出在可用于照明的色温区域内，实现高光通、高光效、高显色指数和低成本以及色均匀的白 光L E D 是其作为照明新光源用的主要的发展方向。同时也介绍我在低色温白光L E D中所取得某些进展。1蓝光和紫外芯片芯片的质量决定白光L E D 的先进性， 目 前市场_ L 大量提供的蓝色和蓝紫色芯片的尺寸小，大约0 . 3 5 X 0 . 3 5 m m z ， 功率小于
4、。 . l w 。因 此，一支(b 5 m m 炮弹型白 光L E D( 蓝芯片) 的光通只有 1 . 3 - 2 . O l m o紫外芯片质量更低。因此，发展大功率大尺寸的先进性的蓝光和紫外芯片刻不容缓。一 2 0 2海峡两岸第九届照明科技与营销研讨会专题报告文集1 、发展大功率大尺寸芯片2 0 0 2 年美国L u m i I e d s 公司向市场推出l w和5 w大功率、大尺寸 ( l m w )白光 l u x e o n 系列产品;光通分别达到1 8 1 m 和 1 2 0 1 m 。一支5 w白光L E D 的光通是目 前大量使用的0 . 0 6 5 w (RE D 的9 2
5、- 6 0 倍! 而光效差不多。大功率白光L E D 比预期提前。大尺寸芯片也在积极开发。2 、芯片倒置新技术及纹理表面取光结构正在发展的这两种新技术和结构可使 L E D的外量子效率和取光率提高，在 A l G a I n N和I n G a A l P 芯片上均获得重大发展。倒置芯片结构是通过透明的蓝宝石衬底取光。3 、提高U V 光芯片的功率和效率，积极研制波长短的U V 芯片这项工作意义重大，它为发展U V 一三基色荧光粉白光 L E D 奠定扎实基础。2 0 0 1 年日 本三菱电线工业和。 t a n l e y电气株式会社共同开发出 如表 1 所列的效率较高的3 8 2 n m
6、U V L E D ，其性能均优于目 前3 9 5 n m L E D 。 可供U V 光激发的高效荧光粉很多， 其发光效率比目 前使用的Y A G :C e 体系高许多，这样容易使白光L E D 上到新台阶。最近，美国南加洲大学采用四元 A I I n G a N多量子阱 ( 8 0 高显色指数，高亮度的暖白光L E D 较难。 研发可被蓝光更有效激发的，光子转换效率更高的荧光粉难度较大。表 2 可被蓝光激发的荧光体种类种 类名称组成特性IC c “ 激活的稀上石榴石体系( YAG)Y 3 A 1 5 0 , 2 : C c , Y 3 G a 5 0l 2 : C c( Y , .a G
7、d , )( A I , _b G a b ) 5 0, 2 : C c Y AG: C c , M发射高效的绿一 黄一 橙黄可见 光物理化学性能稳定2C c 十 或E u Z 十 激 活 的 硫 代 稼 盐M g a 2 S 4 : C c “ , M G a 2 S 4 : E u Z ( M= C a , S r , B a )蓝绿色可见光，制备复杂， ,t能不稳定，潮解3碱上金属硫化物， 硫化锌型硫化 物C a S : E u 2 , ( C a , S r ) S : E u Z C a S : C e 3 , Z n S : C u发射绿一 红色可见光，不稳 定，潮解4E u Z
8、激活的铝酸盐S r A 1 2 0 4 : E u , S r A I 2 认: E u , D y S r 4 A 1 1 4 0 2 5 : E u S r 4 A 1 , 4 0 2 5 : E u , R发射绿一 黄绿可见光， 具有很 长余辉，不稳定，潮解5E u Z 十 激活的 碱上 金属卤 磷酸盐( S r , C a ) 1 0 ( P 0 4 ) 6 C I 2 : E u ( B a , C a , Mg ) 1 0 ( P 0 4 ) 6 C I 2 : E u蓝一 蓝绿发光，8 0 ，进白圈的低色温白光L E D 。这个结果最近还没见国内外公开报道。6 成本价格白光L E
9、 D 及其灯具的成本价格必须从目前价格大幅度降到0 . 0 1 美元/ l m ，才能大举进军. 2 0 6海峡两岸第九届照明科技与营销研讨会专题报告文集照明光源市场，才能与廉价的白炽灯、荧光灯相抗衡。依据目 前市场上价格，我们将几种照明光源的性价比列在表2中，显而易见，当前白光L E D的每流明的价格远高于白炽灯、直管和紧凑型荧光灯，若加上灯具的光电系统，L E D成本还要高。从近年蓝光和白光 L E D的发展速度，蓝芯片价格是逐年大幅度下降。成本价格实现2 0 1 0 年的目标是能达到的。表3 几种光源的性价比功率 ( w)光通 ( I M)光效 ( I m / w )寿命( 小时)市售价
10、 ( 支)价格 ( 元A M) 白 炽灯 普通荧光灯T 5三基色 荧光灯 H型荧光灯 螺旋节能灯4 03 62 892 64 8 02 0 0 02 6 8 05 0 0 - 5 4 01 5 4 01 25 59 65 5 - 6 06 05 0 0 01 0 0 0 01 0 0 0 0 1 0 0 0 02 . 5 - 5 .s元 16 5元 含光学系统和电 路 ! 0 8 元1 . 9 2 3 0 - 3 . 0 5 5 63 . 6 1 1 16 . 0 0 0 0 日 本 白炽灯 市 场 * 荧光灯: :7 2 0 3 5 0 01 29 71 0 0 0 00 . 5 0美元 1
11、 0美元$0 . 0 0 0 7 / l m$ 0 .0 0 2 9 / I m* 电球 1 0会报 ( l 1 ) , 2 0 0 1 , 4 1 1 . N O .4 3 9 : 1 6 - 2 37 白 光L E D 及其灯标准化个新产品出现，为产生更大的经济和社会效益， 一 般要采用知识产权专利和制定相应的产品标准来保护。没有标准的产品其市场最终被有标准的产品占领和分割。我们既要积极参与国际标准的制定，又要及早地制定符合本国标准，使本国产品尽可能占领国内外市场。白 光L E D是今年来出 现的新产品， 已 开始在 些领域中应用， 最大目 标是进军商用和家 庭照明I 一 阔领域，日前都无
12、标准，国际卜 很重视。囚此我们应着手考虑制定相应的标准。2 0 0 0 年4月6 - 8日国际照明 委员会 ( C I E )第2 分部:光和辐射的物理测试分部在伦敦召开全体技术委员会会议， 专门讨论L E D相关检测。日 本较早地成立旧 本照明用白 色L E D光源标准化委员会”和 旧 本照明用白色 L E D光源测定标准化分科会” ，每年均举办相关的学术活动。海峡两岸第九届照明科技与营销研讨会专题报告文集我Id 也开始IR 视， 近两年一些单位 ( 主要在杭州) 陆续开展包括白光的L E D的光电特性测试及 一 次光学设计等研究，积极开发相关的仪器设备，并取得 一 定成绩。但无论是功能，还
13、是精度等满足不 r 白光L E D快速发展的需求。L l 光L E D是 一 新产品， 其灯具更不成熟， 不能套用以前发光二极管原有标准。 L E D照明光源 ， 土 l 它光源的原理、器件和灯具的结构、性能等完全不同，为了更好地适应固休照明光源的发展，建议尽快地成仅 包括白光的L E D光源标准委员会，制定相关的标准。在这方面，海峡两岸可以充分合作共同开展L E D的技术指标，检测技术及标准制定等工作。8 重视知识产权战略为了保护利益，占领市场，发达国家的公司特别注重知识产权战略，大量中请专利，圈占知 I 识 产权领地。日木日亚化学公司在世界各地中请多项蓝光和白光L E D专利， 企图以专利
14、战略垄断蓝光L E D世界市场。 他们运用坚守专利的策略， 设置其他公司进入市场的专利障碍，以期长期独霸蓝光和白光L E D市场。从 1 9 9 6 年到现在所发生的蓝光L E D专利大战， 最近发生中国销售D V D要向国外企业缴纳专 利费等风波给我国许多行业在加入 WT O后敲响了警钟。在中国专利中，高校和科研单位申请的占8 3 %， 企业申请的只占1 7 %， 这个比例是不相称的。 具有原始创新知识产权更少。国外公司靠知识产权占领市场，我们的企业仅靠低成本是站不住脚的。我们必须重视知识产重要性，应有1 1 .确的发展战略加速具有我国特色固体新光源白光L E D的发展9 总结木报告对照明光
15、源用白光 L E D的发展方向进行综述。实现照明光源用白光 L E D有多种方案，其中Z n S e白光L E D方案作者认为在发光效率、色温及显色指数的可操作性等有其局限性， 进展慢;而 O L E D ( O E L )是当 今平板显示器的热门，不仅局限于此，还有望用于 背光源及照明光源。O L E D特点:容易实现大面积，工艺较简单，成本低廉。白光O L E D是有前途新光源，但日前还不成熟，需要攻克光效和寿命等问题。本报告着重对I n G a N蓝光和紫外光芯片与荧光粉组合白光L E D方案的发展方向， 从芯片、封装工艺及荧光体三大要素，灯具、成本价格、知识产权战略及白光L E D的标准进行洋细的评述。指出实现高光通、高光效和低成本是今后白光L E D的发展方向。为实现这方向， 积极研发人功率大尺寸蓝光和U V光芯片及新结构， 采用先进的封装工艺和结构科学的器 件， 研制新 型可 被长 波U V 光和 蓝 光 有效 激发的 高 效无 机 和有 机荧 光 井。 重 视 知识 产 权，_ 2 0 8-海峡两岸第九届照明科技与营销研讨会专题报告文集制定相关的标准等确保白光L E D照明光源旱日顺利实现。 在这一 领域， 海峡两岸同仁有很大的合作空间，协同攻关， t 定会作出耀眼的贡献致谢:衷心感谢黄德森光生、林秀华教授及同事们对本文的大力支 乎 .y 和O f 助三2 0 9
