邢琨+李夢(mèng)影+曹潔

摘要：我國的發(fā)光二極管（LED）技術(shù)從1960年代開始起步，并以Ⅲ-Ⅴ族的化合物半導(dǎo)體為基礎(chǔ)發(fā)展起來，到目前已經(jīng)發(fā)展成為規(guī)模龐大的產(chǎn)業(yè)。在1990年代以前LED缺少藍(lán)光發(fā)光二極管和純綠光發(fā)光二極管，因此在1 990年代LED的研究當(dāng)中融入了氮化鎵 的研究，并利用GaN器件的應(yīng)用彌補(bǔ)了這一不足之處，成為了極具市場(chǎng)潛力的技術(shù)。本文試從發(fā)光二極管的發(fā)展歷程梳理來探討氮化鎵基和固態(tài)光源的發(fā)展進(jìn)程。

【關(guān)鍵詞】氮化鎵 藍(lán)綠光發(fā)光二極管 GaN器件固態(tài)光源

發(fā)光二極管（LED）和有機(jī)發(fā)光二極管（OLED）統(tǒng)稱為固態(tài)光源。在不可再生能源消耗量日趨增大的今天，世界各國的節(jié)能減排政策紛紛聚焦在固態(tài)光源所具有的節(jié)能優(yōu)勢(shì)之上，這使得固態(tài)光源所具有的能耗低、壽命長、色彩十分豐富同時(shí)利于控制的特點(diǎn)更加引人注目，這也成為了固態(tài)光源發(fā)展的重要契機(jī)。

1 氮化鎵基藍(lán)綠光L印的發(fā)展歷程

1.1 氮化鎵基藍(lán)綠光LED的技術(shù)特色

長久以來，發(fā)光二極管的研發(fā)過程當(dāng)中，三基色存在空白，發(fā)光二極管的研究當(dāng)中缺少藍(lán)色發(fā)光二極管和純綠色的發(fā)光二極管。在1990年代中期，發(fā)光二極管研究者通過對(duì)氮化鎵及其合金的應(yīng)用，使得鋁鎵銦氮的固溶體禁帶寬度能夠在1.9-2.6eV之間可變，能夠覆蓋所有可見光和紫外波段，這一發(fā)現(xiàn)使得氮化鎵迅速發(fā)展成為主要的半導(dǎo)體材料，并通過GaN器件的應(yīng)用使得發(fā)光二極管除了白光、紫光之外，也擁有了高亮度的藍(lán)光和綠光，擁有十分廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景和市場(chǎng)潛力。

1.2 氮化鉀基藍(lán)綠光LED發(fā)展過程

1990年代初，由于十分成熟的化合物半導(dǎo)體量子阱器件的發(fā)展，使得金屬有機(jī)物的化學(xué)氣相淀技術(shù)有了長足的進(jìn)步，進(jìn)而催生出基于InGaAIP系的擁有超高亮度的紅光、黃光LED。而到了1990年代中期，制造技術(shù)在寬禁帶氮化鎵材料方面獲得突破，從而出現(xiàn)了超高亮度的藍(lán)色、綠色LED，標(biāo)志著發(fā)光二極管的三基色空白得到填補(bǔ)，同時(shí)也標(biāo)志著半導(dǎo)體照明燈將取代真空燈泡和日光燈管，成為人類生活中最為主要的照明工具之一。

其中，GaN基器件所研發(fā)的超高亮度藍(lán)色、綠色LED在設(shè)計(jì)之初主要應(yīng)用于全色大屏幕的顯示以及交通信號(hào)燈。對(duì)于全色大屏幕的顯示來說，室外白光亮度可以控制在4000cd/m²，而室內(nèi)則可以控制在lOOOcd/m²，極大地提高了節(jié)能效率。而交通信號(hào)燈的應(yīng)用除了節(jié)能效果之外，還具有極高的安全性。在降低了零部件的維修和更換之外，還極大程度上改善了因過去燈泡燒毀所造成的交通混亂，以及降低了因交通問題所帶來的經(jīng)濟(jì)損失。

隨著時(shí)代的不斷發(fā)展，氮化鎵基的藍(lán)綠光LED的應(yīng)用更加廣闊，同時(shí)在制造工藝上也有了巨大的進(jìn)步，例如新材料氮化物晶體以及熒光粉的應(yīng)用，使得各種顏色的超高亮度LED有了突破性進(jìn)展，發(fā)光效率相較于過去提高了1000倍，逐漸成為擁有高效率的照明光源市場(chǎng)主力軍。

2 有機(jī)發(fā)光二極管的發(fā)展歷程

2.1 0LED發(fā)展特色的發(fā)展難點(diǎn)

OLED是一種與LED不同的新型漫射光源，是近年來備受矚目的一種節(jié)能光源。根據(jù)色彩，OLED可以分為單色和多彩、全彩三種不同種類，其中尤以全彩的OLED制備最為困難，成本投入也最為巨大。OLED技術(shù)是1987年由華裔教授鄧青云于實(shí)驗(yàn)室中通過超透膜技術(shù)使用透明導(dǎo)電膜作為陽極并使用三芳胺作空穴傳輸層時(shí)所發(fā)現(xiàn)的，從而制成了雙層有機(jī)電致發(fā)光器件。到了1990年，burroughes等人發(fā)現(xiàn)OLED的發(fā)光層能夠應(yīng)用共軛高分子PPV，至此，全世界掀起了OLED研究的浪潮，鄧青云教授也被稱為“OLED”之父。

經(jīng)過十幾年的發(fā)展，OLED目前的大面積功效能夠達(dá)到40-60lm/W，出度則達(dá)到30001m/m²，高于白熾燈，低于熒光燈。然而制約OLED技術(shù)應(yīng)用于普通照明領(lǐng)域最為棘手的問題在于其成本控制和均勻度提高這兩個(gè)方面。在以往的OLED產(chǎn)品開發(fā)中，始終伴隨著成本過高的現(xiàn)象，直到GE使用了襯底材料并對(duì)生產(chǎn)技術(shù)和器件設(shè)計(jì)進(jìn)行了改進(jìn)，并成功地利用繞卷式技術(shù)降低了OLED的生產(chǎn)成本，使得最新的GE/KM器件最高光效達(dá)到了561m/W，亮度達(dá)到lOOOcd/m²，同時(shí)壽命達(dá)到6000小時(shí)顯色指數(shù)為80。為今后OLED研發(fā)生產(chǎn)的成本控制提供了參考。為了提高OLED的均勻性，東芝公司在高亮度大功率的白光OLED生產(chǎn)研發(fā)過程中進(jìn)行了嘗試。東芝公司在OLED襯底上使用凹版印刷技術(shù)增加了兩個(gè)輔助電極，從而使亮度均勻性得到提高，達(dá)到了40%，雖然與理想狀態(tài)尚有差距，但仍然是十分具有現(xiàn)實(shí)意義的嘗試。

2.2 0LED的發(fā)展前景

OLED技術(shù)目前主要應(yīng)用領(lǐng)域集中在手機(jī)、智能手表以及VR顯示等領(lǐng)域，尤其在手機(jī)領(lǐng)域，相較于傳統(tǒng)LCD屏幕，OLED屏幕的手機(jī)發(fā)展趨勢(shì)正在逐漸形成，并大有燎原之勢(shì)。從早期韓國著名手機(jī)品牌三星的OLED屏幕的生產(chǎn)和應(yīng)用，到目前大部分國產(chǎn)手機(jī)廠商也在進(jìn)行著OLED手機(jī)屏幕的嘗試，可見OLED技術(shù)仍然有著十分廣闊的發(fā)展空間和發(fā)展?jié)摿Α?/p>

3 光生物效應(yīng)及影響

近年來，隨著光能源的發(fā)展，一些論證光能源與人體健康之間存在影響關(guān)系的說法也逐漸出現(xiàn)。其中一種“藍(lán)光傷害”最為引人關(guān)注。藍(lán)光傷害是指人眼在面對(duì)短波可見光時(shí)可能會(huì)出現(xiàn)早發(fā)白內(nèi)障、老年黃斑變形等疾病。同時(shí)法國環(huán)境和職業(yè)健康安全局成立調(diào)查小組，對(duì)光能源對(duì)人體健康所造成的危害進(jìn)行了調(diào)查評(píng)估，初步結(jié)論表明，LED光源可能對(duì)人體健康造成影響，并造成生理周期的紊亂。因此，在固態(tài)光源的發(fā)展過程當(dāng)中，需要注意光源對(duì)人體健康的影響，并基于此研發(fā)出新的健康型光源。

4 結(jié)論

綜上所述，目前世界各國對(duì)于環(huán)境保護(hù)和節(jié)能要求不斷提高，給予固態(tài)光源以重大的發(fā)展契機(jī)，固態(tài)光源以其所具有的高功效和高節(jié)能特效逐漸成為世界上主要的照明能源，而隨著節(jié)能要求的不斷提高，正成為照明能源當(dāng)中的主力。因此結(jié)合其發(fā)展進(jìn)程進(jìn)行分析，可以清楚地了解到固態(tài)光源中LED和OLED的發(fā)展前景和研發(fā)中所應(yīng)做的努力。

參考文獻(xiàn)

[1]陸大成，段樹坤，氮化鎵基藍(lán)綠光LED和固態(tài)光源進(jìn)展[A]，海峽兩岸第七屆照明科技與營銷研討會(huì)，2007.

[2]陸大成，段樹坤.氮化鎵基藍(lán)綠光LED和固態(tài)光源進(jìn)展[A].海峽兩岸照明科技與營銷研討會(huì)，2000.endprint