白光LED的兩種實(shí)現(xiàn)方法

白光是一種多顏色的混合光，可被人眼感覺的白光至少包括兩種以上波長的光。例如人眼同時(shí)受紅、藍(lán)、綠光的刺激時(shí)，或同時(shí)受到藍(lán)光與黃光的刺激時(shí)都可以感受為白色光。依照這種原理人們可以設(shè)計(jì)產(chǎn)生白光的。按照現(xiàn)有的技術(shù)能力，有兩種可行的方案。第一種，使用紅綠藍(lán)的三色LED，按照所屬光的強(qiáng)弱排成矩陣，三種色光混合后產(chǎn)生白色的光。但是，LED是PN結(jié)，它像所有PN結(jié)一樣，遵守PN結(jié)的負(fù)溫度特性的特征規(guī)律。在LED器件上表現(xiàn)為它的正向電流隨溫度的升高而下降，它的光輸出亦會隨溫度的升高而下降，不同的LED下降程度差別很大。

當(dāng)溫度升高到120℃時(shí)，綠色光的光輸出，只有20℃時(shí)的60%，而藍(lán)色LED則可以達(dá)到90%以上，其結(jié)果則造成混合白光的色差。

第二種是利用藍(lán)光LED照射一熒光物質(zhì)以產(chǎn)生與藍(lán)光互補(bǔ)的黃光屏利用透鏡原理將互補(bǔ)的黃光和藍(lán)光予以混合，便可得出人眼所需的白光。1996年日本日亞化學(xué)公司（NichiaChemical）發(fā)現(xiàn)以發(fā)黃光系列的釔鋁石榴石（YAG）熒光粉配合藍(lán)色發(fā)光二極管，可做成白色光源。目前，人們也在開發(fā)紫光及紫外光系列的專用熒光粉，這類熒光粉的發(fā)射波長為370～420nm，利用涂敷的方法，這類熒光粉配合紫光或紫外光的LED也可制造出白光LED。

涂敷LED的發(fā)光原理及制作方法

基本原理

白光LED主要是利用藍(lán)色LED為基礎(chǔ)光源，將藍(lán)色LED發(fā)出的一部分藍(lán)光用來激發(fā)熒光粉，使熒光粉發(fā)出黃綠光或紅光和綠光，另一部分藍(lán)光透射出來，由熒光粉的黃綠色光或紅光和綠光與透射的藍(lán)光組成白光。由發(fā)光峰值在430nm或470nm的藍(lán)色LED與黃綠色熒光粉組成白光；也可以由發(fā)光峰值在430nm或470nm的藍(lán)色LED與紅色（650nm）和發(fā)光峰值在540nm的綠色LED組成白光。

這種方法要求熒光粉的激發(fā)波長與發(fā)光二極管的發(fā)射波長相匹配，以確保獲得高的轉(zhuǎn)換效率，同時(shí)要求熒光粉的發(fā)光與藍(lán)色LED的發(fā)光可以配成白光。圖4顯示熒光粉的激發(fā)光譜的峰值正好在470nm附近，與藍(lán)光LED（470nm）的發(fā)射波長匹配得非常好。

制作方法

白光LED是在藍(lán)色GaN芯片的表面上涂釔鋁石榴石（YAG）熒光粉后制成。

首先將LED芯片放置在導(dǎo)線結(jié)構(gòu)中用金（Au）線焊接，然后在芯片周圍涂敷YAG熒光粉，然后用環(huán)氧樹脂封接，樹脂既起到保護(hù)芯片作用又起到聚光棱鏡作用。從LED芯片發(fā)射出的光射到周圍的熒光粉層內(nèi)經(jīng)多次散亂的反射、吸收，最后向外部發(fā)射出光，LED的光譜線的峰值在465nm處，半值寬為30nm，是非常尖銳的藍(lán)色光譜，由藍(lán)色光激發(fā)黃色光的YAG熒光粉層（峰值為555nm），最終到達(dá)外部的光為藍(lán)黃二色光，根據(jù)補(bǔ)色關(guān)系，兩色相加混色后即得到可見的白色光。
白光LED應(yīng)用前景廣闊

LED以其小巧高效、堅(jiān)固省電、使用壽命長、易于和計(jì)算機(jī)匹配等強(qiáng)大優(yōu)勢，在包括大屏幕顯示、汽車尾燈、交通信號燈、LCD背光源等方面已大量使用，目前正朝著替代傳統(tǒng)燈具向照明領(lǐng)域發(fā)展。下面將對以上幾種應(yīng)用分別介紹。

 固態(tài)照明光源

由多個(gè)超高亮度的紅、藍(lán)、綠色LED制成的照明光源，不僅可以發(fā)出波長連續(xù)可調(diào)的各種色光，而且還可發(fā)出亮度高達(dá)上百坎德拉的白色光，成為照明光源。與傳統(tǒng)光源相比，固態(tài)光源具有發(fā)熱量低、功耗小、壽命長、反應(yīng)速度快、體積小、可平面封裝、易開發(fā)輕薄短小產(chǎn)品等許多優(yōu)點(diǎn)。

目前，白光LED仍處在初期發(fā)展階段。但由于它的獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)，這種固態(tài)照明光源已廣泛用于手電照明、LCD背光照明（汽車音響、儀表板、手機(jī)背光板）、交通信號及指示板、室內(nèi)照明、船艦、飛機(jī)、汽車內(nèi)照明等，也用于諸如礦山、潛水、搶險(xiǎn)軍用裝置的照明等特殊場合。一旦白光的性能價(jià)格比可與白熾燈和熒光燈相吻合時(shí)，其在民用照明方面的競爭力將無可估量。

交通信號燈

信號燈中的紅色禁行燈與黃色準(zhǔn)備燈，通常采用InGaAIP的紅黃光（波長625nm、590nm）超高亮LED制作，綠色通告燈由GaN基綠色（波長505nm）LED制造。目前，由超高亮LED取代白熾燈，用于交通信號燈、警示燈、標(biāo)志燈已遍及全世界，僅美國就將有1.35億個(gè)交通燈被LED所替代。上海也以每年一萬個(gè)交通燈的速率將白熾燈更替成LED燈。與白熾燈相比，LED交通燈的優(yōu)點(diǎn)是耗電少、使用壽命長，并能大幅度提高亮度，通過對傳統(tǒng)鎢絲燈與LED燈的性能比較，可以看到，采用LED燈泡，功耗節(jié)約了8～15倍，亮度增加4～5倍，使用壽命增加了30～50倍，現(xiàn)場角也有所擴(kuò)大。雖然LED燈的價(jià)格增加了一些，但僅就維護(hù)保養(yǎng)費(fèi)用節(jié)省一項(xiàng)，就足夠加以彌補(bǔ)。交通燈的耗電量相當(dāng)可觀，日本雖是一個(gè)地域狹小之國，該國一年用于交通燈的耗電量就達(dá)100萬千瓦時(shí)，可見使用LED對節(jié)約能源的巨大意義。

汽車狀態(tài)指示

汽車狀態(tài)指示主要指汽車頭部的方向燈以及后部的尾燈與高位剎車燈，采用紅黃色的InGaAIP超亮LED替代普通白熾燈作汽車的狀態(tài)指示，具有抗震性能好、使用時(shí)間長（超過汽車使用壽命）、反應(yīng)速度快（特別是在高速公路上行駛時(shí)十分重要）、亮度高、體積小巧等優(yōu)點(diǎn)。目前無論在國外進(jìn)口還是國產(chǎn)的高等級轎車上均已安裝了LED狀態(tài)指示燈，按每輛車上使用250顆LED計(jì)，全世界年產(chǎn)轎車達(dá)5000萬輛，每年需要上百億只。

液晶顯示（LCD）則的背光照明

在液晶顯示中，至少有10%采用有源光作背光照明，光源可使LCD顯示屏在黑色環(huán)境下讀寫。與其他光源相比，LED在LCD背光照明中最具競爭力，超亮InGaAIP與GaN基LED可以提供高效率的發(fā)光和寬范圍的顏色。特別是這類器件可在小電流下工作，從而大大減少功耗。采用LED作為背光照明的液晶顯示器可用于移動(dòng)電話、筆記本電腦。隨著小型液晶顯示器在節(jié)電型通信產(chǎn)品中的廣泛使用，將會對超高亮度LED提出更高要求。

大屏幕顯示

大屏幕顯示是超高亮度LED應(yīng)用的一個(gè)巨大市場，包括圖形、文字、數(shù)字的單色、雙色和全彩顯示，已大量應(yīng)用于廣場、街道、車站、機(jī)場、道路等公眾場所，或作教育宣傳、或作廣告提示，其活動(dòng)圖像色彩鮮艷，逼真生動(dòng)。當(dāng)前幾乎所有高質(zhì)量的大屏幕象元均為InGaAIP和DaN的藍(lán)綠LED管，其三基色可提供十分逼真的全彩圖像。其性能基本符合由國際電視系統(tǒng)委員會（NTSC）所規(guī)定的電視顏色范圍，通常一個(gè)數(shù)平方米的大屏幕要消耗數(shù)百萬只超亮LED管，可見其用量之大。