1.2 白光 LED 的研究进展

1.2.1 LED 发光原理

白光 LED 的发光过程包括三部分：正向偏压下的载流子注入、复合辐射和光能传输。 微小的半导体晶片被封装在洁净的环氧树脂物中，当电子经过该晶片时，带负电的电子移 动到带正电的空穴区域并与之复合，电子和空穴消失的同时产生光子。电子和空穴之间的 能量（带隙）越大，产生的光子的能量就越高[1]。光子的能量反过来与光的颜色对应，可 见光的频谱范围内，蓝色光、紫色光携带的能量最多，桔色光、红色光携带的能量最少。 由于不同的材料具有不同的带隙，从而能够发出不同颜色的光。

LED 照明光源的主流将是高亮度的白光 LED。目前，已商品化的白光 LED 多是二波 长，即以蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉混合产生白光[2]。未来较被看好的是三波长白 光 LED，即以无机紫外光晶片加红、蓝、绿三颜色荧光粉混合产生白光，它将取代荧光 灯、紧凑型节能荧光灯泡及 LED 背光源等市场。

1.2.2 白光 LED 简介及发展趋势

二十世纪九十年代，日本日亚公司利用当时 GaN 基蓝光 LED 的技术突破通过荧光粉 转化的方法，制备出世界第一只白光 LED。这种白光 LED 的结构和原理与之前的荧光灯， 白炽灯等光源不同，是一种新型固态照明光源[3]。这种技术的核心是由表面涂了 Ce3+激活 的 Y3Al5O12 黄色荧光粉的 GaN 基蓝光 LED 芯片组成。但是其的诸多优点具有重大的应用 价值和前景，尤其是寿命长达 10000h 以上、低电压电流启动、废弃物可回收、制作不含 汞等，已近开始挑战荧光灯及白炽灯在照明领域的稳固地位。这一研究进展引起了各个国 家政府的高度重视，同时也引起了国际上该领域同行的广泛关注。欧共体、美国、韩国、 日本相继开启了半导体照明工程，制定了发展规划，这一举措，使得白光 LED 的产业迅

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速发展，也进一步推动了白光 LED 的研究[4-5]。

短时间内，白光 LED 目前已经取得了世界瞩目的成果，尤其是成本、光通、光效方 面。白光 LED 正在迅速发展，性能已经远远超过了白炽灯，并且正在逐步逼近荧光灯， 迅速发展实现无污染照明，成为第四代照明光源。在未来二十年里，白光 LED 的主要发 展趋势仍在照明领域中，各个国际对此都十分重视。类似于真空电子管被无机半导体取缔 一样，白光 LED 也具有取代传统荧光灯及白炽灯的潜力，未来发展空间非常巨大[6]。

白光是由很多颜色混合混合光。白光可以由蓝光、绿光和红光三基色光混合得到，也 可以蓝光、黄光混合得到。多基色光组合可以要得到显色指数高、高效率、色温不同的白 光。有多种方案都可得到白光 LED，主流方案有三种，由图可知利用近紫外光 LED 芯片 与三基色荧光粉组合的方案较优，且荧光粉可以选择无机物或有机物，可选择较多种类的 荧光粉互相配合，所获得的产物也性能较高，是目前发展的重点[7-10]。

图 1.1 三种不同的方案得到白光 LED 表 1.1 用于照明的白光 LED

表 1.2 获取白光 LED 的主流途径

方式 步骤 原理 特点

2

多基色 LED 组

合 将红、蓝、绿三基色

LED 芯 片 组 装 在 一 起，获取白光 p-n 结电致发光 LED 光 源 输 出

随 温 度 升 高 下 降，不同 LED 器 件 下 降 程 度 差

异巨大，导致混 白光LED用钼酸盐红色荧光粉的制备及其发光性能研究(3):http://www.youerw.com/wuli/lunwen_74094.html