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紫外LED
閱讀�6390�(shí)間:2011-01-10 11:17:41

  紫外LED是發(fā)射紫外光的二極管。一般指�(fā)光中心波長在400nm以下的LED,但有時(shí)將發(fā)光波長大�380nm�(shí)稱為近紫外LED,而短�300nm�(shí)稱為深紫外LED。因短波長光線的殺菌效果�,因此紫外LED常用于冰箱和家電等的殺菌及除臭等用途�

�(jiǎn)�

  紫外LED主要采用GaN類半�(dǎo)�。產(chǎn)品方面,日亞化學(xué)工業(yè)上市了發(fā)光中心波長從365nm�385nm不等的品�,Nitride Semiconductor上市了發(fā)光中心波長為355nm�375nm不等的品��

  波長不足300nm的深紫外LED的開�(fā)活動(dòng)也很活躍�2008年理化學(xué)研究所和松下電工曾公布,采用GaN類半�(dǎo)體的InAlGaN開發(fā)出了�(fā)光中心波長為282nm,光輸出功率�10mW的深紫外LED。波長更短的深紫外LED方面,NTT物性科�(xué)基礎(chǔ)研究所采用AlN材料開發(fā)出了�(fā)光中心波長為210nm的深紫外LED�

�(yīng)�

  紫外LED(UV LED)主要�(yīng)用在生物�(yī)�、防偽鑒�、凈�(�、空氣等)�(lǐng)�、計(jì)算機(jī)�(shù)�(jù)存儲(chǔ)和軍事等方面。而且隨著技�(shù)的發(fā)�,新的�(yīng)用會(huì)不斷出現(xiàn)以替代原有的技�(shù)和產(chǎn)�,紫外LED有著廣闊的市�(chǎng)�(yīng)用前�,如紫外LED光療儀是未來很受歡迎的�(yī)療器�,但是目前技�(shù)還處于成長期�

國內(nèi)�(fā)展現(xiàn)狀

  “十一五”國�863�(jì)劃新材料技�(shù)�(lǐng)域重大項(xiàng)目“半�(dǎo)體照明工程”課題“深紫外LED 制備和應(yīng)用技�(shù)研究”經(jīng)過持�(xù)攻關(guān),在高鋁組分材料研究和器件應(yīng)用方面取得重要突��

  半導(dǎo)體深紫外光源在照�、殺菌、醫(yī)�、印�、生化檢�(cè)、高密度的信息儲(chǔ)存和保密通訊等領(lǐng)域具有重大應(yīng)用價(jià)�。以AlGaN材料為有源區(qū)的深紫外LED的發(fā)光波長能夠覆�210-365nm的紫外波�,是�(shí)�(xiàn)該波段深紫外LED器件�(chǎn)品的理想材料,具有其它傳�(tǒng)紫外光源無法比擬的優(yōu)�(shì)�

  在國�863�(jì)劃支持下,課題研究團(tuán)�(duì)集中開展了基于MOCVD的深紫外LED材料和器件研究工�,著重解決材料存在的表面裂紋、晶體質(zhì)量差、鋁組分�、無法實(shí)�(xiàn)短波長發(fā)光和�(jié)�(gòu)材料�(shè)�(jì)等問�,在一些關(guān)鍵技�(shù)方面取得了突�,獲得了高結(jié)晶質(zhì)量無裂紋的高鋁組分材料。在此基�(chǔ)�,課題在國內(nèi)首次成功制備�300nm以下的深紫外LED器件,實(shí)�(xiàn)了器件的毫瓦�(jí)功率輸出,開�(fā)了深紫外殺菌模塊,經(jīng)�(cè)試殺菌率�(dá)�95%以上�

技�(shù)探討

  紫外LED正在受到照明�(shè)備廠商及液晶顯示器廠商的廣泛�(guān)�。因?yàn)橥ㄟ^配合使用紫外光與可將紫外光分別轉(zhuǎn)換成紅色(R�、綠色(G�、藍(lán)色(B)的熒光材料,有可能�(shí)�(xiàn)具有較強(qiáng)色彩再現(xiàn)力的白色LED。目�,市售的白色LED 大多使用的是�(lán)色LED以及將藍(lán)色光�(zhuǎn)換成黃色光的熒光體材�,紅色光成份較弱。將白色光照射在紅色物質(zhì)上時(shí)�(huì)顯現(xiàn)出微弱的橙色。如果要用于背光燈的�,就只好在彩色濾波器上想辦法。但如果是紫外LED的話,就可以解決這些問題。不�,由于紫外LED的發(fā)光效率較使用�(lán)色LED的產(chǎn)品大約要低一半,因此亮度就成了紫外LED的一大課��

  上述技�(shù)�(fā)表后,如何生�(chǎn)出具有與使用�(lán)色LED 相同亮度的白色LED,各LED廠商的解決方案一下子變得明朗��

  芯片尺寸與封裝是開發(fā)中的�(guān)鍵所�

  日亞化學(xué)工業(yè)之所以能�(shí)�(xiàn)100mW的高功率,原因主要有兩�(gè):其一,將封裝LED芯片面積�(kuò)大到普通LED�10�,即1mm×1mm。此舉便使得功率�(yuǎn)高于此前其它公司的產(chǎn)��

  其二是:為了解決LED因紫外光而出�(xiàn)的性能惡化�(xiàn)�,在封裝過程中采用了不使用樹脂材料的方法。通過將LED芯片裝入金屬封裝�(nèi),不使用任何封裝材料直接用金屬蓋封住。這種方法此前該公司一直在GaN類藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器中采�。由于此前作為封裝材料使用的�(huán)氧類樹脂材料在紫外光的作用下,容易出�(xiàn)樹脂性能惡化的現(xiàn)�,導(dǎo)致透明性降低,從而使得LED亮度也隨之降��

  另外,還有一�(gè)不可忽視的特�(diǎn)。那就是將紫� LED�(fā)光波長設(shè)定為380nm。在波長�405nm的產(chǎn)品中,已�(jīng)存在具有更高輸出功率的紫外LED。例�,美國Cree公司供應(yīng)的紫外LED工業(yè)樣品的輸出功率為250mW。但是,考慮到目前使用的熒光材料�380nm波長LED的RGB �(zhuǎn)換效率要更高一��

  包括山口大學(xué)等院校參加的�21世紀(jì)照明工程”正在探討使�400nm波長紫外LED的可行�。因?yàn)椤安ㄩL380nm的光,在提高使用紫外LED制造的白色LED的發(fā)光效率時(shí)早晚都要面臨極限”(該大�(xué)工學(xué)部教授、�21世紀(jì)照明工程”項(xiàng)目負(fù)�(zé)人田口常正)�

  該工程主張波長為 400nm的理由主要有兩�(gè)。一�(gè)是紫外LED本身的外部量子效率在400nm附近�2002�3�7日�8日于東京召開的“白色LED與新照明系統(tǒng)的應(yīng)用”論壇上三菱電線工業(yè)與Stanley電氣、山口大�(xué)共同�(fā)布的�(shù)�(jù)顯示,波�400nm的外部量子效率是380nm的近2�。外部量子效率表示的是向LED�(nèi)部注�1�(gè)電子�(shí),從LED向外部放射的光子的數(shù)�。這一�(shù)值越�,輸入LED的電能以熱能�(kuò)散的可能性就越小�

  另一�(gè)理由是使�400nm波長,有望提高熒光體� RGB�(zhuǎn)換效�。其理由是RGB各自的波長與紫外光之間的波長差距較小。波長差距越�,波長轉(zhuǎn)換前后的光能量差也就越大。這一能量差將�(zhuǎn)換成熱量,最終會(huì)減少�(zhuǎn)換成光的能量。白色LED本身的外部量子效率方�� “很有可能還是波�400nm的光”(山口大學(xué) 田口��

  剩下的課題是熒光材料和樹脂材�

  為了�(jìn)一步提高紫外LED的外部量子效�,�21世紀(jì)照明工程”將采用�(duì)使用于LED的藍(lán)寶石底板的表面�(jìn)行加工的方法。將該表面加工成線條狀�,形成GaN類半�(dǎo)體。通過這項(xiàng)技�(shù),可以將降低外部量子效率的主要原�--�(jié)晶缺陷降低到原產(chǎn)品的�1/3�1.5× 108cm-2�,外部量子效率提高至2.5�。同�(shí),藍(lán)寶石底板的加工費(fèi)不會(huì)太高?!半m然底板成本多少有些提�,但是生�(chǎn)LED的生�(chǎn)能力不會(huì)降低。LED芯片的生�(chǎn)成本將會(huì)與目前基本持平”(三菱電線工業(yè) 信息通信�(yè)�(wù)本部 信息通信光子研究所光半�(dǎo)體部門主任研究員只友一行)�

  �(dāng)�,將400nm紫外LED用于白色LED所面臨的課題是,如何開�(fā)�400nm附近的光激�(lì)的熒光材料以及不�(huì)因這種光而出�(xiàn)性能惡化的封裝材料�

  熒光材料方面,存在的問題依然是紅色光的轉(zhuǎn)�。目�,雖然已�(jīng)�(fā)�(xiàn)了能�?qū)?400nm附近的紫外光有效地轉(zhuǎn)換成綠色及藍(lán)色的材料,但是能夠轉(zhuǎn)換成紅色的材料只�(fā)�(xiàn)了低效率的品�。雖然在該工程中�(fù)�(zé)開發(fā)熒光體的化成 Optonix表示,通過將紅色熒光體Y2O2S:Eu的Y�(zhuǎn)換成La,可以將效率提高至原來的2�,但這離�(shí)�(xiàn)高效率的白色LED還有一段距雀�

  封裝材料方面,如果要以白色LED的量�(chǎn)為目�(biāo)的話,就需要使用容易�(jìn)行封裝的樹脂材料。一般情況下,環(huán)氧樹脂之所以在400nm左右的紫外光中出�(xiàn)性能惡化,是�?yàn)闃渲械谋江h(huán)雙重�(jié)�(gòu)被紫外光所激�(lì),加速了樹脂的氧化過程。參加該工程的Stanley電氣正在開發(fā)不使用苯�(huán)而且具有高耐熱�(jié)�(gòu)的樹脂。因?yàn)槿绻÷粤吮江h(huán),材料就容易因過熱而出�(xiàn)性能惡化。(記者:大久保聰�

  日亞化學(xué)工業(yè)將于2002�5月上市的紫外LED光輸出功率提高到�100mW。LED芯片面積�1mm×1mm,是普通LED�10�。另�,封裝芯片時(shí)并沒有使用樹脂類材料�

  由日亞化�(xué)工業(yè)、美國Cree公司和NECD等公司推�(dòng)的�21世紀(jì)照明工程”的GaN類LED外部量子效率比較。在400nm附近,外部量子效率達(dá)到�。如果波長超�400nm,外部量子效率就�(huì)緩慢降低。如果小�400nm,外部量子效率則�(huì)急劇降低�

  21世紀(jì)照明工程正在開發(fā)的GaN類LED�(gòu)�。要想提高LED的外部量子效�,減少LED中的�(jié)晶缺陷是�(guān)�。與不加工藍(lán)寶石底板的普通方法相�,LEPS技�(shù)(在沿(11�20)或�1�100)方面加工出溝道的藍(lán)寶石底板上形成GaN類LED的技�(shù))可以減少約1/3的結(jié)晶缺陷�

  使用于熒光燈及彩色電視接收機(jī)的熒光材料更容易吸收300nm附近的光。但是,在LED外部量子效率高的400nm 附近,將光轉(zhuǎn)換成綠色及藍(lán)色的熒光體材料的光吸收強(qiáng)度大約是峰� 2/3,而轉(zhuǎn)換成紅色光的熒光體材料的吸收�(qiáng)度只有約1/10。另�,激�(lì)�(qiáng)度方�,波�380nm�(shí)的數(shù)值為100�

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