LED推广应用瓶颈的探讨[1]

　　引言

　　LED作为新型高效固体光源（SSL）之一, 具有寿命长、节能、环保等显著优点,它是人类照明史上继白炽灯、荧光灯、高压气体放电灯问世以后的又一次飞跃。[1]尤其是20世纪90年代初，日本研究者中村修二成功研制出掺Mg的同质结GaN蓝光LED，使得白光LED 有了实用性强和行之有效的技术方案，半导体照明光源与固态照明领域也随之成为国内外光电子研究领域更引人注意的热点。随着材料生长和制作技术的迅猛发展， LED的发光效率已取得了明显的提高，LED器件也从早期的指示型LED（恒流20mA）发展到功率型LED（恒流350mA）。

　　随着LED性能的不断提高，又使其应用领域不断拓展，从最初的状态表征到目前的信号灯显示、路灯以及汽车照明等领域。虽然LED 照明的应用领域在不断扩大，但在照明普及应用方面仍存在许多问题。本文将对LED推广应用中的瓶颈加以探讨，重点在发光效率、散热、驱动电路、非成像光学设计、成本和标准方面进行剖析。

　　1 技术层面

　　1.1 发光效率 
 
　　目前单颗LED的光通量有待提高，其途径之一是在相同的功率条件下，提高其LED的发光效率。在最近几十年的研究当中，LED光效的提高已经取得了令人瞩目的成就。实验室研制的LED达到了150 lm/W的发光效率，业界1年多前商品化量产规格的LED光效能达到50 lm/w,最近又提升至了70 lm/W，甚至有更高的报道。它达到的光效水平已能对传统光源形成有力的挑战。

　　一般而言， LED 发光效率的提高主要是两个基本途径，亦即是提高其内量子效率和改善其外量子效率。内量子效率（Internal quantum efficiency）是每秒辐射复合产生的光子数与在有源区内每秒复合的电子空穴对总数之比，外量子效率（External quantum efficiency）是器件每秒发射的光子数和每秒通过LED的电子数目之比[2]。提高内量子效率的关键在于改进晶体的外延工艺、减少晶体的错位等缺陷，通过优化量子阱阱宽等措施改善量子阱结构[3], 从而进一步提高晶体质量, 改善器件性能。对于提高外量子效率，未来将主要是从芯片技术角度出发，通过对芯片结构优化设计，如优化衬底剥离技术、表面粗化技术和采用光子晶体结构等，可同时提高芯片内外量子效率[4]。

　　Philips Lumileds 公司基于目前技术条件和研发水平,在2008年提出各效率参数将在未来有如下的提高：

　　表1[5]驱动电流达2A时的各效率参数列表