LED紫外芯片的现状及应用

目前,世界上研究近紫外LED的机构主要有日本的日亚Nichia,Toshiba公司和美国的cree公司,台湾的国立中兴大学,韩国的Optowell公司及国内的北京大学等。

日本凭借其在蓝光LED领域的先发优势,在UV-LED方面的进展举世瞩目。尤其是日亚公司,在365nmUV-LED的研究上遥遥领先;美国在深紫外的研究方面领先,但是近年已经被日本超越;中国台湾和韩国起步相对较晚,但在该领域也取得了一些进展;国内在该领域近年来发展很快,但与海外相比差距还比较大。

紫外LED芯片主要是GaN类半导体,目前通过调节反应条件和反应工艺已可以实现深紫外(λ<300nm)、紫外(300nm<λ<380nm)和近紫外(380nm<λ)芯片的制备。具体的芯片波长包括:250±5nm,260±5nm,270±5nm,280±5nm,290±5nm,300±5nm,310±5nm,320±5nm,330±5nm,340±5nm,350±5nm,360±5nm,370±5nm,380±5nm,390±5nm,400±5nm,410±5nm,420±5nm等。

2、紫外芯片的厂商及其产品性能

对于紫外芯片,目前小于370nm的紫外LED的发射强度极低,尚没有实用价值,现紫外LED芯片研制和生产领域都在努力提高370~420nm波段的芯片效率。

在紫外芯片厂商中,比较有代表性的是日本的日亚、美国的Cree和SemiLEDs等。其中日本日亚公司能提供的辐射能为22 mW,外量子效率为35.5%,波长为400 nm的紫外芯片,美国Cree公司则可以提供的辐射能为21 mW的395nm~410 nm的紫外芯片。另外台湾现在可以向市场提供4 mW左右的紫外芯片,台湾紫外芯片的实验室水平可以实现7~8 mW的水平。而国内的公司可以向市场提供2 mW左右的紫外芯片。下表为目前生产360nm以上波长紫外芯片有代表性的公司及其相应产品的性能。

表1 各公司生产的紫外LED芯片及其性能

 

 

从上表可以看到,日本和美国在紫外LED方面的差距不是十分明显,但台湾生产的紫外相对日本而言LED则要差不少。而从表中也可以看到这样一个现象:随着紫外的波长变短,芯片的发光性能快速降低。

3、紫外芯片产品及其应用实例

相对蓝光LED而言,紫外光LED的发展要缓慢很多,且使用率在明显下降。小于365nm的紫外LED目前主要用于杀菌、医疗、防伪及高密度的信息存储等,365nm及以上的紫外光则可用于材料合成以及照明等。但在照明领域,紫外LED的应用还存在芯片效率低、没有合适芯片激发的高效荧光粉以及使用寿命短等问题。因此,可见到的紫外LED在照明领域的应用并不多。以下为几个紫外LED产品的实例。

日本东芝采用蓝宝石衬底研制成功最有效的紫外LED芯片。这种芯片波长383nm,采用倒装方式,芯片的外量子效率达到了36%,而其内量子效率(IOE)也到了72%,属于蓝宝石衬底所制UVLED之IQE最高者。这种UVLED芯片,在20mA、3.5V工作时输出功率为23mW。

总结

在紫外波段,选取的芯片波长越长越好。

原因一:紫外芯片波长越长,芯片本身的外部量子效率越高,如日本三菱电线工业与Stanley电气以及山口大学共同发布的数据显示,波长400nm的外部量子效率是380nm的近2倍。

原因二:使用的紫外芯片波长越长,越有利于提高荧光体的RGB转换效率。其理由是紫外激发波长越大,RGB各自的波长与紫外光之间的波长差距较小。波长差距越大,波长转换前后的光能量差也就越大。这一能量差将转换成热量,最终会减少转换成光的能量。

原因三:紫外波长越短,其对封装材料的要求越高,泄露的紫外光对环境的危害越大,不利于达到环保的标准。

原因四:目前制备近紫外芯片的技术比制备紫外和深紫外芯片的技术成熟,芯片成本也要低很多。

因此,选用的芯片波长适宜在400nm及以上,最短不宜短于380nm。

 

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点击次数:  更新时间:2014-03-24 15:23:30  【打印此页】  【关闭
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