用InGaN蓝光LED与YAG荧光粉制造自然白光LED..doc

用InGaN蓝光LED与YAG荧光粉制造自然白光LED The Fabrication of White LED Using InGaN Blue LED and YAG Fluorescence 物理学院物理学系98级 王宇方 摘要 本文报导了通过结合自行研制的InGaN/GaN蓝光发光二极管（LED）与钇铝石榴石(YAG)荧光粉结合而得的白光发光二极管（W-LED）。在室温、正向电压3.5V、正向电流20mA时W-LED轴向亮度为1cd，CIE色坐标为（0.31,0.38），接近纯白色（0.33,0.33）。 关键词：白光，LED，YAG荧光粉 Abstract It is reported that the white light emitting diodes are fabricated by combining InGaN/GaN blue LED and YAG fluorescence. At forward voltage Vf=3.5V, forward current If=20mA, and room temperature, the luminous intensity of the white LED is 1cd, and the chromaticity coordinate (x, y) (0.31, 0.38), which is near to the pure white (0.33,0.33). Key words: white light, LED, YAG fluorescence 全固体白光发光二极管（W-LED）将作为照明光源取代以爱迪生发明的白炽灯泡为代表的照明光源，引发照明界的一场革命，已取得科学界与产业界的共识。[1，2] 作为照明光源，W-LED具有体积小、寿命长等优点，而且，与白炽灯相比，后者的辐射主要集中在红外区，产生大量热量，W-LED则是一种冷光源，辐射主要集中在可见光区，几乎不产生热，也消除了非可见光区电磁波对人体的危害；与荧光灯相比，W-LED的制造与使用过程都不会引入汞的污染，与叠有许多线状光谱的荧光灯光谱，W-LED的连续光谱更接近自然光；此外，由于使用低于5V的直流电源，W-LED不会有50Hz的闪烁现象；由于灯体封装在树脂中，W-LED对震动等因素不敏感，比灯丝或灯管对环境的适应性更高。 基于LED的种种优点，它将能取代部分难以更换或昂贵的发光设备， 比如目前已开始应用在交通照明以及背景光照明等，[4]甚至在医学上，W-LED被用于内窥镜的照明，使无引线内窥镜得以实现。[5] 近年来，随着气相外延生长的化合物半导体薄膜技术的改进，特别是在金属有机化合气相沉积(MOCVD)技术方面取得的巨大进展。用MOCVD方法制成的发光二极管（LED）显著的提高了发光强度，并增加了颜色的变化范围。GaN基蓝色LED出现后，红绿蓝三色LED全部完成，几乎可以实现人眼能分辨的全部颜色。其中白色LED成了人们关注的焦点。[6] 1931国际照明委员会（CIE）色度图（如图1）显示了颜色之间的关系。色度图是建立在人眼视网膜上有三种不同的颜色感应细胞的基础上。相应每种细胞的不同响应，每种颜色可以用三个色度参量（X，Y，Z）来表示。又由于理论上任何颜色都可以用三基色混合而成，用归一化的色坐标（x，y，z）表示这三种基色所占的份量，x+y+z=100%，z由（x，y）唯一确定，因此任何颜色都可以用（x，y）色度图上的点来表示。图中E是概念中的纯白色，坐标为（0.33,0.33）。作为色彩混合的一个例子，白光可以用若干方法得到。它可以是可见光区的连续光谱，如日光、白炽灯的黑体辐射，也可以是由若干光谱色合成，如汞灯的线状光谱。[7] 这里的W-LED所发出的白光是由InGaN/GaN蓝光LED的蓝光与YAG荧光粉发出的黄光合成，[5] 色坐标（0.31,0.38）接近纯白色点。 图1：CIE（x,y）色度图。其中E代表纯白色，X带表W-LED的颜色。 照明光的光谱不同，物体反射光的颜色也不同，甚至面目全非。人们习惯于看日光下的东西，所以用日光来定义照明光的显色指数，也就是色彩还原性。规定能将标准检测色还原到日光下颜色的光源，其显色指数为100，显色指数的最大值。W-LED显色指数为60~70，与普通荧光灯接近。 采用低压MOCVD技术制成的单量子阱（SQW）InGaN/GaN蓝光LED的电致发光光谱如图2，发光峰为460nm，半峰值全宽（FWHM）为30nm，荧光染料是高温烧结制成的含Ce3+的钇铝石榴石（YAG）荧光粉，吸收峰为460nm，发射光谱如图3。发射谱是可见光区内的宽谱，峰值550nm，颜色为黄色。蓝