技术成果名称： 宽光谱可调谐InGaN/GaN量子阱结构白光LED研制 
学校名称： 华中科技大学 
项目负责人： 汪连山 部门： 光电国家实验室（筹） 职务/职称： 教授 
本项目是研发新一代无荧光粉转换白光LED照明技术，以可调谐InGaN/GaN量子阱结构作为有源层，研制20mA电流注入光效≥60lm/W、色温在3500～8000K、寿命≥10万小时的直接白光LED。
  项目提出的依据：由于发光发光二极管（LED）具有体积小、节能(省电)、高效、寿命长、环保（无汞污染）、安全（低电压工作）、免维护等优点,以氮化物为基础的高亮度LED应用，新一代半导体照明光源，特别是氮化物高效白光LED已成为人们关注的焦点，氮化物白光LED能否在将来取代普通的白炽灯和荧光灯成为照明光源，是氮化物研究领域里一项最为严俊的挑战。
  就理论上而言，合成白光LED有很多方法，但目前研究最多和最常用的方法可归纳为两大类，多芯片白光LED、颜色转换白光LED。具体而言，多芯片白光LED至少要有两个电注入发光二极管组成，而颜色转换白光LED，是利用一只电注入蓝色或近紫外LED和颜色转换材料合成白光。
  能够实现白光源的转换材料有荧光粉、半导体和染料。波长转换材料有几个重要参数如吸收波长、发光波长和量子效率。荧光粉是最常用的波长转换材料，寄主成分主要是无机成分加上一些光学活性稀土掺杂剂。半导体转换材料是另一类波长转换材料，谱线和荧光粉和染料相比较窄。
  和荧光粉和染料相比，半导体的内量子效率接近100%。半导体转换材料中光子的取出效率也较高，因为半导体转换材料不需要电极接触，也就是没有电极遮光的问题。染料尽管也能用做波长转换，量子效率近100%，但它是有机物，没有荧光粉和半导体那样的长期稳定性。
  由于使用的转换材料不同，所实现的白光LED性能也就不同。迄今市面上白光LED是短波长的LED加上波长转换材料形成的，这样就相当于LED能发出两种波长的光。由于LED发光谱线不宽（室温约~2KT），为了实现颜色互补，波长转换材料需要能发出宽的光谱。
  虽然白光可以用很多方法产生，但是哪些方法产生的白光最佳呢？因此人们需要考虑衡量白光品质两个重要因数，即发光效率（或光效）（luminous efficiency）和显色指数（Color rendering index (CRI), or Ra）。
  若是用于显示指示，光效更重要，对显色指数的要求不高。如果要应用于白光照明，则光效和显色指数就同等重要。用二元补色形成的白光可能有比较高的光效， 然而显色指数低于宽谱白光（象太阳光），例如一只氮化物磷粉转换白光LED，当它照射在一张白纸上显示的是白色，由于此类白光缺乏红光，当它照射一个红色物体上， 其色彩还原性差，红色物体呈显出灰色。
  三元色白光的显色性较高，能够用于白光照明源。理论上而言，采用红、绿、蓝三芯片LED根据各自的发光波长按特定光功率比值可以合成白光，然而这需要三套独立的复杂控制电路，一旦电路工作环境变化，白光的颜色也随之发生变化，因此到目前这只是停留在理论上，实验上仍然很困难。
  究竟有没有可能实现一种类似于太阳的白光呢？答案是可以的，可调谐InGaN量子阱结构通过缓变合金铟组份来实现宽谱发射光（从紫色、蓝色到绿色再到橙红色）， 当以其作为LED器件的有源区来制造LED时，LED在单一注入电流下可发出类似于太阳光的白光，只要调谐量子阱结构的质量到优化，LED管芯设计得当，高光效≥60lm/W、色温在3500～8000K的直接白光LED是可以实现的。
   
技术成果主要应用的范围？能为产业解决的关键问题？实施后可取得的效果？ 
 项目主要应用的范围？能为产业解决的关键技术？可调谐InGaN/GaN量子阱结构白光LED可用作背光源(如LCD,手机)、固态照明等领域。YAG（Ce3+）粉或其它荧光粉转换白光LED在国际上已经申请了专利，而宽谱可调谐InGaN/GaN量子阱白光LED的实现，克服了国际专利障碍，通过自主创新可以解决半导体照明技术中最核心的环节，即高效白光LED芯片的制造技术，为整个半导体照明产业的发展开辟了新的道路。
  
  实施后可以取得的效果：本项目的实施将使我国成为名符其实的半导体照明产业制造中心，完成从上游外延、中游芯片、下游的LED封装和系统应用产业，这项产业既是一个技术密集型产业，又是一个劳动密集型产业，能够解决大量的劳动就业问题，同时又能带动相关产业的发展。
  一般认为，白光LED照明市场可望在2010～1015年趋于成熟，普通白光照明将是半导体LED的最大应用市场。例如每年我国白炽灯、日光灯的产量为50亿只，如果以每年取代10亿只白炽灯、日光灯，每只白炽灯使用10只LED计算，市场的需求量将达到100亿只。
  我国每年照明耗电量超过2000亿度，占全国用电总量的12％。随着国民经济的迅猛发展和人民生活水平的不断提高，照明用电还将会不断增长。但我国照明电光源以传统的低效白炽灯为主，高效照明灯具，尤其是高效电光源应用不多，普及率低下，终端节电的潜力很大。
  如采用半导体白光LED灯替代传统灯具后，每年可节约近1000亿度电。而目前基于蓝光加荧光粉转换白光LED高中端芯片主要供应商是国外厂商如Nichia、HP、Toyota、Cree公司、UOE以及台湾的国联、晶元、广镓、元砷等公司。国内公司未能开发出具有自主知识产权的白光LED产品， 为此必须尽快加强国内LED照明产业技术的发展，促进产业规模的形成，培育具有国际竞争力的知名品牌。
   
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