日本半导体照明工程

21世纪照明“国家工程……在该项工程启动前，日本于1997年8月在世界上首次提出用于普通照明的紫外-白光LED系统的概念。本文介绍了这一工程的概况和目的，同时概述了由日本大学与公司共同合作开发的白光LED，并特别介绍了发射波长为382nm，外量子效率为24%的高功率紫外LED.随着正向偏压电流不断增加，LED的输出功率呈线性增加，在电流为50mA时功率超过38mWL本文还描述了采用荧光粉基的紫外-白光LED的光源的基本发光性质。 曰本世纪国家照明工程“中紫外-白光LED技术进展的简引言上，日本政府决定到2010年将日本的能源消耗产生的CO2的排放量降低到1990年的水平。根据这一政策，日本在工业、家庭和交通领域采取了一系列措施以减少温室效应气体，如降低CO2的排放量。 此项工程旨在通过减少照明业的能量消耗（约占全部电力供应的20%~40%）实现上述目标。高效率的LED不仅节约了大量能源，还能为人们营造快乐的家庭环境。据有关专家预测，如果能够实现用白光LED达到节能的目的，则今后20年内日本将无需新建发电厂。 该项工程由日本经贸产业部（METI）为新能源和工业技术发展组织（NEDO）提供资助，具体由NEDO和日本金属研究开发中心（JRCM）共同实施。研发工作由4所大学、13家企业和1个协会（日本电灯制造协会）合作完成。 2基本研究项目和进展众所周知，可见光LED与己有的光源相比具有许多优点，如使用寿命长、功耗少、尺寸小、亮度高、光谱纯度佳等。LED的性能每10年提高约10倍。在过去的10年，白光LED技术的性能显著提高。为了开发使用高亮度紫夕-白光LED的有效光源，日本科研人员开展了以下4个研究项目：GaN基化合物半导体的发光机理的基础研究；改进用于紫外LED外延生长的方法；研究用于同质外延生长的大面积衬底；开发由紫外LED激励产生白光的荧光粉，并生产出使用白光LED照明的光源。 在上述4个研究项目中可以获得以下重要结果：为了阐明InGaN基半导体的发光机理，科学家开展了时间分辨光致发光（PL）和选择性激发PL测量的研究。PL激发光谱使科学家首次观察到在室温下与InGaN三元合金的吸收相关的清晰结构（参见）。研究人员发现Stokes位移并不依赖温度而变化（参见），且辐射复合过程由两个本征发射成分构成，与之相应的载流子均由同一个激发态发生驰豫。 表1LEPS紫外LED的特性样品倒装片20mA正向电流下的工作电压3.4V这些样品在20mA下的峰值波长和半峰全宽示）。随着电流加，仅观察到红移，这可能是由于电流注入产生的热引起的。在正向电流为20mA时，这些样品的工作电压约为3.高效复合的一个原因是由LEPS方法实现了位错密度减小。为了研究在具有图形的标准蓝宝石衬底上生长的GaN外延层的时间分辨光致发光测量效果，与在标准的蓝宝石衬底上生长相比，其衰减时间常数更长。实验结果表明，载流子输运到非辐射复合中心受LEPS的控制。 理，并提出与极化子相关的复合过程是主要的。在目前的紫外LED中，InGaN有源层中In的组分几乎与In0.08Ga0.92N外延层中的相同，因此足以断定极化子的相互作用对InGaN多量子阱紫外LED的高效发光性质起到了重要的作用。 同质外延的衬底及其表征研究了氮气压力倾斜速率对晶体尺寸的影响及用压力控制溶液生长（PC-SG）法生长的GaN体单晶的形貌。表面积为334nm2的GaN单晶是米用溶液生长法生长的*大的GaN单晶，是由自然核晶作用形成的，不需要任何籽晶。为了表征GaN体晶体，首先改进了研磨和抛光技术，而后用X射线、原子力显微镜、横向电磁波和光致发光对GaN晶体的特征进行了分析，所获晶体显示出良好的形态和结晶性。研究了采用PC-SG法在异质籽晶上生长的GaN晶体。在5. 08cm的蓝宝石衬底上生长出沿（0001）方向有垂直轴、直径为47mm的GaN晶体。 采用分子束外延技术，用PC-SG方法在GaN体单晶上同质外延生长了GaN薄膜。确定了体GaN衬底的晶格极化、同质外延GaN层的晶格极化及其光学性质之间的关系。同质外延层的发光强度与蓝宝石衬底上的异质外延层相比有很大的改进。通过用卢瑟福背向散射设备测得的极化受控GaN外延层相对*小发射系数（Xn）证明，此外延层具有较高的结晶品质。 备，沿0.99MV加速器1. +光束的轴对RBS和离子通道进行了测量。在RBS/离子通道研究中采用的样品是用氨气源分子束外延（NH3GS-MBE）生长的GaN外延层。该外延层Ga的极曲面由碱腐蚀和反射高能电子衍射的再现图形确定。在X射线回摆曲线（XRC）内的（002）和（102）衍射峰值的半峰全宽值分别为620arcsec和1073arcsec，表明样品内的丝状位错具有较高密度。在4.2K下通过光致发光测量观察到7.3meV线宽的强带边缘发射谱线。 0001>校准的RBS光谱。*小发射产额Xmin（1.5*0.1%），是测量结晶品质的物理量。该数值低于GaN体单晶尽管蓝宝石上的外延层含大量位错，但根据低X判断，结晶品质非常高。这一特殊性质与GaN外延薄膜内沿规则六角形柱状结构的慢去沟道速率有关。参与该项研究的科学家认为，轴的倾斜面非常小，而且在每一个柱状体内几乎所有的原子都位于其适当的晶格内。 荧光粉基白光LED的技术和LED光源的基本性质精确测量红、绿、蓝荧光粉材料的吸收、内部和外部量子效率是非常重要的。采用*佳的荧光粉可使红荧光粉的发光效率高于普通的荧光粉的发光效率。 在开发白光LED的过程中，科学家们还研究了荧光粉的应用技术。完成了红、绿、蓝典型荧光粉的基本评价和红、绿、蓝混合白色荧光粉的模拟。透过荧光粉层的紫外光可通过荧光粉层的制造方法得到控制。此外，科学家还对白色LED灯的发光和显色性进行了研究。紫外辐射通过附着在紫外LED芯片上的荧光粉层反射出来，进入可见光可以穿透的一个光学薄膜滤光片中。紫外辐射从31%降至13%.通过在紫外LED芯片的边缘镀荧光粉，使所有白色LED灯的光通量提高30%.由蓝光LED和YAG黄色荧光粉组成的白光LED可能会出现一些问题，如蓝色和黄色的分离、色度、显色性、光谱形状和色纯度会因温度、电流的改变而发生变化，而且在室温下再加20mA正向偏压电流十分困难。本文首次提出了基于ZnS和CdZnS~Vt才料的紫外LED激发白色荧光粉系统和用于普通照明、与高Ra荧光管相似的3色或4色（红橙绿蓝或红琥珀绿蓝）荧光粉材料。紫夕卜白光LED的发光特性，如辐射效能（1（）和显色指数（只4示于表2.表2紫外-白光LED的发光特性紫外LED（波长）荧光粉材料特性（近紫外）三色：红、绿、蓝四色：红、橙、蓝、绿或红、琥珀、绿、蓝偏压电流为10mA时，三者分别为（0. 3.2红绿蓝荧光粉给出用波长为370~382nm的紫外LED在正向电流（1mA、10mA和20mA）时激发得到的发光光谱。在447nm、528nm和626nm处至少有3个主峰值。447nm蓝色发光带、528nm绿色发光带和626nm红色发光带分别来源于ZnS：Cu，Al，（Sr，Ca，Ba，Mg色坐标（0.31，0.34）、色温值（Tc）6900K和总显色指数（Ra）83~90.Ra值接近三带发光荧光管的Ra值，表明这是暖色的白光。红色发光的成分对提高Tc和Ra值非常重要。辐射的发光效能约3由紫外LED激发的白色荧光粉和红绿蓝色荧光粉的白光LED 3.1白色荧光粉在白光LED中使用了被称为白色荧光粉7示出了由紫外LED激发的发光光谱，在453nm和561nm处分别出现2个发光峰值。获得了色坐标（x，y）、色温（Tc）和总显色指数（Ra）的数值：在正向波长/nm室温下获得的在3个不同的正向偏压电流（1mA、10mA和20mA）下的红绿蓝荧光粉的发光光谱。 是荧光粉的效率，Guvph是荧光粉的转换效率，Fph（K）是每一种荧光粉的发光光谱，KfKjdK是人眼反应因子。假定Guvph是95%，Gph是90%，发光性能在输出功率为30mW时可以达到100lm/W.在偏压电流超过20mA时，紫夕-白光LED和蓝YAG白光LED的色坐标实验图。 与蓝YAG白光LED相比，紫夕-白光LED中X坐标和Y坐标变化极小，紫夕-白光LED在高电流工作下显示出良好的发光特性。 4结紫夕-白光LED因其显色性、色温和控制等特性更佳，因此与通常的带有黄色荧光粉涂层的蓝白LED相比，在使用LED系统制作白光灯方面更具优势。日本的半导体照明工程旨在开发发光效率更高的新型照明器件。这些器件采用可替代白炽灯和荧光管的紫夕-白光LED，具有优异的发光特性。紫外白光LED*大的潜在应用领域将是普通照明。（No.2）宋晓舒编译可控照明有助于精确的紫外固化Moritex欧洲公司现己开发出一种程控反馈紫外光源。这种新型程控反馈紫外光源具有通用的功率输入的特点。采用专利光学反馈控制技术使石英卤素灯的紫外辐照极其稳定。利用独特光源的反馈输入可以精确地控制紫外辐照的功率水平。紫外光的强度可以通过程控达到恒定的水平、阶跃式长或实现间歇式脉冲辐照。 这种程控光源适于优化紫外固化，亦可应用于等离子体/液晶显示器密封、光纤/套筒接合以及透镜和棱镜的连接。 Moritex石英卤素灯在较高的色温（>3000K）下输出稳定。与白炽灯相比，其使用寿命长（500~ 2000h）。光源设计所要求的安全性和可靠性使其具有高度抗热冲击性能。 Moritex光源设计紧凑，可以通过人工控制、模拟或数字信号进行遥控。该光源具有操作安全、性能可靠的特点。通过监控骤电流、灯的异常现象和高温，能确保使用Moritex光源的操作者在每一次使用时获得可靠和稳定的光输出。 该公司还生产一系列不同功能、各种尺寸和强度的高稳定性的安全光源。