摘 要：白光是一种复合光，要得到白光LED，就必须让几种颜色进行空间混合。本文主要介绍了如何利用目前技术来实现白光LED，简述了各种方法的原理和特点，同时阐述了白光LED的应用领域。随着半导体技术和加工工艺的不断发展，L E D的技术参数不断提高。白光LED有望成为下一代照明光源。
关键词：功率型LED 实际应用
1 引言
人类第一次观察到半导体材料的发光现象是在1907年,但人类生产出有一定发光效率的红色发光二极管(LED，light emitting diode)是在1969年。随着发光二极管LED制造工艺的不断进步和新型材料(氮化物晶体和荧光粉)的开发及应用,使得发光二极管从信号显示逐步成为照明光源。1993年日本首先在蓝色GaN发光二极管上获得技术突破,并于1996年实现了白光LED。自从白光LED的问世，得到了来自政府和大型企业的广泛关注，投入了大量的人力和物力，致力于提高白光的出光效率和降低市场价格的研究。目前正向以白光LED为主的第四代照明光源的方向发展。
在LED的产业链中,主要分为上、中、下游三部分，上游主要是半导体衬底生长，中游主要是芯片制造，下游是LED的封装与应用。对整个LED器件而言，封装过程是一个非常重要的环节，这是完成输出电信号，保护管心正常工作，输出可见光等功能，即有电参数，又有光参数的设计和技术要求。
2 白光LED的获得
白光是一种复合光,要得到白光LED,就必须让几种颜色进行空间混合。目前,获取白光的途径大致可分为以下三种:光转换型、多色组合型、多量子阱型。
 |
光转换型有两类： 第一类是在发射波长为460～470nm的蓝色LED芯片上涂覆黄色荧光粉，如图1(a)所示，黄色荧光粉部分吸收LED发射的蓝光产生与蓝光互补的波长约570nm黄光，黄色荧光粉通常选用的是掺铈的钇铝石榴石（YAG：Ce3+），通过控制黄色荧光粉粉层的厚度，利用空间混色原理将互补的黄光的蓝光混合以得到白光。由于这种方法采用单颗芯片与单荧光粉，YAG：Ce3+荧光粉转换效率高，操作上较易实现，而且没有紫外光成分，不会造成紫外污染，是目前使用最广泛的方法。最早的白光LED样品是1996年Nichia公司运用GaN-LED发出的蓝光激励黄色荧光粉，通过光的复合得到的；第二类将多种光转换材料涂在以GaN基紫外LED芯片上，如图1(b)所示，用LED发出的紫外光激发荧光材料，产生红、绿、蓝三种光，从而复合得到白光发射，这样获得的白光的显色性好。Akari（21世纪的光）计划是要用近紫外激发RGB三色荧光粉产生白光，此方法与三基色荧光灯的原理相似。目前这种方法的外量子效率已高43%，工作波长382nm。期望这种方法在2010年光效120lm/W。但另一面，这种方式会增加系统复杂性，并且这是下转换，必然会导致能量的损失。同时，由于是采用了紫外光源，有可能会产生紫外污染。
多色组合型是将R、G、B三色LED芯片按一定方式排布集合成一个发白光的标准模组，如图1(c)所示，这种方法具有效率高和使用灵活的优点，由于发光全部来自三种LED，不需要进行光谱转换，因此，其能量损失最小，效率最高。同时，由于RGB三色LED可以单独发光，其发光强度可以单独调节，故具有相对较高的灵活性。如在“2 0 0 5年显示信息学会（SID 2005）”举办的展览会上，OSRAM公司展出一样品，是由1120个LED组成，其中包括红色和蓝色LED各280个以及560个绿色LED，配合使用散光板与散光膜，实现了10000cd/m2。但这种方法供电系统复杂，安装结构比较复杂，颜色空间颁布不均匀，成本较高。
还有一种获取白光的途径是多量子阱型，即在芯片发光层的生长过程中掺杂不同的杂质生长出能产生互补色的多量子阱，通过不同量子阱发出的多种光子复合发射白光。这种方法对半导体的加工技术要求很高，目前难以达到。
目前由于技术、工艺、生产成本等因素的影响，应用最多的是光转换型，其次是多色组合型。以发展的眼光来看，多量子阱型是未来的发展趋势。但由于技术的限制，生长不同结构的量子阱相对困难得多，在短时间内还不能产业化。
3 功率型白光LED的应用由于LED具有低能耗（低电压、低电流启动） 、寿命长（1 0 0 0 0 h以上）、无频闪（直流工作）、发热量低（没有热辐射）、环保（没有汞污染， 废物可以回收） 和可以平面封装、易开发成轻薄小巧产品等优点。因而，可以代替传统的白炽灯等的应用领域，还可以在一些特殊领域内发挥其独特的优势。
1）照明领域
白光LED具有低能耗、寿命长的优点，而就发光效率而言，现在商业上普遍60lm/W，已超过白炽灯（约15lm/W），接近了荧光灯（约80lm/W）。不久前美国Lumileds公司还公布他们的最新研究成果，其功率型白光LED的发光效率已经达到133lm/W。但是由于价格方面的原因，白光LED仅仅应用于一些特殊照明领域，离一般的照明还有一段距离。
2）信息平面显示
信息显示是现代生活中一项用途很广泛的领域，证券交易所里的显示板，动态广告牌，空港的飞机动态显示，模拟动画，体育场馆、商业、工业和其它行业的大型和超大型全色显示屏的信息显示，都会用到LED显示屏，这些都在一定程度满足了现代人对信息显示的需求欲望。
3）景观照明
由于LED灯具有低能耗、寿命长、色彩丰富纯正的优点，在景观装饰中，常常选用各种颜色的LEDs，如建筑（楼宇、路桥、广场等）设施、草坪灯，幕墙灯等。
4）用作背光源
由于LED可以集成化，体积小的特点，有全彩色手机的面板和按键上均需要白光LED，据估计，全球有近15亿只的市场，目前，市场处于供不应求的状态；在显示面板方面，由于LED具有高度色度的可调节调性，更是非白光LED莫属。并且在电脑、手持掌上电子产品及汽车、飞机仪表盘等众多领域也可以看到白光LED的身影。
5）汽车方面
车用市场是LED运用发展最快的市场,主要用于车内的仪表盘、空调、音响等指示灯及内部阅读灯,车外的第三刹车灯、尾灯、转向灯、侧灯等。由于LED具有寿命长、维护成本低及节省电力的优势,高功率、高亮度的LED于汽车市场的应用有相当大的空间。
 |
6）特殊领域的应用
白光LED属于固体发光器件，具有高可靠性，重量轻的特点，可以作为防爆灯具，特别是便携式防爆灯具的一种非常理想的电光源，矿业生产中的矿灯。在军事上还可作为野战、潜水、航天航空所需的特种固体光源。
4 展望
白光LED的出现，是LED从标识功能向照明功能跨出的实质性一步。白光LED最接近日光，更能较好地反映照射物体的真实颜色，所以从技术角度看，白光LED无疑是LED最尖端的技术。目前，白光LED已开始进入一些应用领域，应急灯、手电筒、闪光灯等产品相继问世，但是由于价格十分昂贵，故而难以普及。白光LED普及的前提是价格下降，而价格下降必须在白光LED形成一定市场规模后才有可能。毫无疑问，两者的融合最终有赖于技术进步。
正如Nick Holonyak，Jr.说的一样：“原则上发光二极管是灯的最终形式，实际上也是如此，它的发展确实能够而且将继续到所有功率和颜色都实现为止，了解这一点是至关重要的。”白光LED作为第四代照明光源，在各国政府和企业的大力支持下，已经取得了很好的成绩，随着器件结构的进步、荧光粉转换效率的提高，使得LED照明光源引起了照明领域的广泛的关注，功率型LED白光技术将更能适应普通照明的需要，只要LED产业能持续这一开发方向，则LED固体照明在未来5至10年内将会取得重大的市场突破。