LED光源取代传统光源从目前来看还需克服哪些障碍和基本技术关键?
需克服哪些障碍和基本技术关键主要有以下几个方面:
⑴发光效率障碍
LED发出的光由于具有单色性,不需外加彩膜(滤光片),而白炽灯加彩膜后其有效发光效率仅为白炽灯原来光效的1/10,所以LED在交通灯、建筑装饰、汽车警灯等应用领域,由于其效率高、节省电能被广泛使用,正在逐步取代带彩色膜的白炽灯。然而照明光源多为白光,目前白光LED用于局部照明,节能效果有限。只有白光LED的发光效率远高于荧光灯达到150-200lm/W才会有明显的节能效果,因此LED光源取代传统光源的最大障碍是其发光效率。
⑵价格障碍
价格是LED光源取代传统光源需克服的另一障碍。目前LED光源的价格每流明高于0.1美元,是白炽灯价格的100多倍。美国Lumileds公司提出,在未来的几年内争取降至0.01-0.02美元/lm,即约折合人民币0.1元/lm,1支相当60W白炽灯的LED光源仍需支付60元人民币,计入性能价格比,虽然会被特殊应用所接受,但LED作为普通光源进入家庭,这样的价格还是一大障碍。
⑶功率LED制作技术
功率LED是实现白光照明取代传统照明光源的关键器件,其基本的关键技术包括:
提高外延片内量子效率
优化外延片结构,改进外延生长工艺条件,使蓝光、紫光、紫外光外延片的内量子效率能够接近理论值95%。
提高大尺寸芯片的外量子效率
为了获得较大光能量需要采用大尺寸的功率型芯片,通过设计新型芯片结构和采用新工艺(如芯片倒装结构、ITO电极、表面粗化工艺、表面纹理结构、晶片键合工艺等),使蓝光、紫光、紫外光芯片的外量子效率达到50%以上。
提高封装的取光效率
优化和改进封装的光学、热学和可靠性设计和工艺(如反射杯、透镜、散热通路、共晶焊接、柔性胶灌封等),使封装的取光效率能够与芯片的外量子效率接近。
⑷荧光粉的制作和涂敷技术
高性能荧光粉的制造技术
荧光粉是LED实现白光照明的关键材料,需要尽快研制出效率高、显色性好、性能稳定的荧光粉。蓝光激发的黄色荧光粉目前虽能满足白光LED产品的要求,但还需提高效率、降低粒度,制备出球形的荧光粉;在“蓝光+绿色荧光粉+红色荧光粉”的结构中,红色荧光粉的效率需要有较大的提高;在“紫外和紫外LED+三基色荧光粉”的结构中,三种荧光粉都需要有较大的提高,其中红色荧光粉目前效率最低,还有待于找到一种效率足够高的材料。
荧光粉的涂敷工艺技术
荧光粉的涂敷工艺通常是将荧光粉用胶按一定比例调和成荧光胶,再用点胶机将其涂到LED芯片上,通过优化工艺参数如荧光粉与胶的配比、荧光粉激发波长与LED芯片峰值波长的匹配、荧光胶的流动性及涂敷厚度等,使白光LED的色温、显色指数、流明效率等参数受控,作出符合应用要求和一致性好的白光LED产品。