半导体照明技术.ppt

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Semiconductor Lighting Technology
方志烈 教授
复旦大学


（1）发光效率和显色性的折中
（2）二基色体系
（3）多基色体系

（1）二基色荧光粉转换白光LED
（2）多基色荧光粉转换白光LED
（3）紫外LED激发多基色荧光粉

（1）二基色多芯片白光LED
（2）多基色多芯片白光LED
第九讲 白光发光二极管
研制白光发光二极管是半导体照明技术的主要目标。替代白炽灯、荧光灯这些白光光源是半导体照明工程的最终目标。人们曾进行过把红外LED的长波发射上转换为宽带可见光谱的尝试，得到过红光、绿光乃至蓝光，但效率太低。也有过有机半导体电致发光的白色发光器件演示，也是效率颇低、寿命太短。白光LED只是在AlInGaN高亮度蓝光LED制成后才成为现实。以短波长LED为基础，发展了由两种或三种颜色混合的白光LED。从实用角度考虑，白光LED的发展目标是高效率和高显色性的结合。
第九讲 白光发光二极管
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人们对新世纪新光源的要求是高效率、高显色性和环保。照明用白光LED的具体技术性能要求概括如下：
发光效率：要求最终达到200lm/W以上。目前实验室水平Ф5LED已
达249lm/W，功率LED己达208lm/W，功率LED商品化水平已达
130lm/W。
显色指数：希望达到100，与太阳光相似。一般要求也在80以上。
色温： 2500～6000K之间。
寿命： 50000～100000h。
光通量：作为照明光源希望达到1klm以上。
环保：从社会的可持续发展要求出发，要求不使用对人体有害、会玷污
自然环境的有害物质，如汞、铅、镉等。
第九讲 白光发光二极管

（1）发光效率和显色性的折中
照明用的白光光源由白光发射体的两个特征参数表示：发光效率和显色指数。
发光效率ηv=ηe·K ，辐射效率ηe依赖于器件的能量转换性能，技术不断发展，就会不断的提高。光视效能K仅依赖于光发射体的光谱功率分布（SPD），而与产生发射的手段无关。对于给定的光谱功率分布S（λ），光视效能由下式决定：
第九讲 白光发光二极管
(9-1)
最大效能值在555nm处，为683lm/W。光视效能可以用以任意相对功率单位给出的光谱功率分布来计算。
白光LED实际最佳化涉及两个问题：第一个问题和彩色LED相同，即把内量子效率和取光效率最大化，获得最大的发光效率。第二个问题是优化发光体的光谱功率分布，以获得最佳的光视效能和显色指数。
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下面讨论发光体的光谱功率分布优化问题。
为了说明这种优化的可能．首先考察连续光谱的光视效能和显色指数。表9-l给出了全范围普朗克谱CLE标准光源A和2个CLE标准光源B、D65等效的修饰普朗克谱（光谱截止到缩小的范围而变窄）的数据。
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表9-1 全范围普朗克谱和修饰普朗克谱辐射附发射的白光特性
第九讲 白光发光二极管
全范围普朗克谱的Ra=100，但光视效能低，因为光谱分布超出可见光范围，特别是在低色温情况下到红外范围，如图9-1所示。
第九讲 白光发光二极管
图9-1 3000K黑体辐射（点线）和钨发射体（虚线）的归一化功率分布（实线为人眼光谱灵敏度）
在可见光范围(380～780nm）的边界上截断得到的假想的修饰普朗克谱有高得多的光谱效能，而显色指数仍为100。进一步修去430nm以下和660nm以上“多余的”范围，使光视效能超过300lm/W，显色指数减小到95，这对于大多数照明应用来说，仍是一个很好的数值。
第九讲 白光发光二极管