1.4　白光LED简介

目前各国政府从节约能源与环境保护角度出发，投入大量精力到新能源的开发领域。自20世纪60年代初研制出发光性能良好的Y2O3∶Eu3+红色荧光材料以来，发光材料已成功应用在通讯、显示设备、照明等领域［87］。20世纪末以来，为满足人们对高效节能、绿色环保的要求，越来越多的研究者投身到研制可适应于半导体照明（light-emitting diode，LED）和显示技术开发中，如液晶显示（liquid crystal display，LCD）、等离子体显示（plasma display panel，PDP）、有机电致发光（organic light-emitting diode，OLED）、发射显示（FED）等。经研究者们不懈努力仍只能将白炽灯的发光功率提升到15lm/W，光转换率也仅能达到10%，耗能量却未见减少，而LED具有的低耗能、高效率、显色性高等优点恰恰弥补白炽光不足，并且根据LED的价格调整及全球白炽灯的禁用，LED逐渐成为照明市场主流。同时LED因其具有的无污染、显色性好、耗能低等特点而取代荧光灯，避免汞污染和二氧化碳的排放，缓解全球变暖问题［88］。目前我国大力提倡节能减排，所以研发白光LED已成为当前社会焦点。但不容忽视的是我国的白光LED存在诸如高效荧光材料短缺、技术产权及商用化红色荧光粉稀缺等现状。

白光LED是由芯片与可被其有效激发的荧光粉组合而成，能够获得各种室温发白光的固体发光光源［89］。从20世纪60年代第一只发光二极管（light emitting diodes，LED）被发明以来，白光LED已经经历了四十年的发展。早期使用磷化镓的发光材料只能实现发红光，在20mA驱动电流下的发光效率仅为0.1lm/W，只能被用做指示灯。随着新型发光材料的不断深入研究，LED能够产生绿光、黄光和橙光，光效也提高到1lm/W，80年代以后，发明了砷化镓LED，它的光效为10lm/W左右。90年代初，磷化铟基新材料被用作红光、黄光的和氮化镓被用作发射绿光、蓝光，LED实现了极大地提高。1993年日本日亚公司首次基于蓝色氮化镓LED技术，取得突破并很快实现产业化，标志着人类正迈向探索白光LED之路［90］；1996年实现白光发光二极管（white light emitting diodes，WLED），之后则成功推向市场。目前白光LED被应用到景观照明、汽车、背景光源、军事等领域。

1.4.1　白光LED实现方式

白光是一种多色混合光，由色度学和发光学原理得出，实现白光至少需要两种光混合，如二波长光（蓝色光+黄色光）或三波长（蓝色光+绿色光+红色光）。白光LED芯片实现方式通常有三种［91～93］，如表1.2和图1.4所示。

（1）三基色芯片组合

将红、绿、蓝三色基芯片混合封装，形成白光。

优点：①发光效率最高；②发光颜色灵活可调；③显色性好。

缺点：①不同的芯片衰减效率和使用寿命不同，导致组合光颜色不稳定；②电路设计复杂；③成本高。

（2）蓝光芯片+荧光粉组合

该方法可以分为蓝光芯片+黄色荧光粉和蓝光芯片+红、绿色荧光粉两种方式。该方法是最常见的白光LED实现方式。

前者存在的优点：①电路简单；②成本低。缺点：①光效低；②显色性差；③黄色荧光粉存在日本技术垄断问题。

后者存在的优点：①色温可调；②显色性高。缺点：①颜色不稳定；②商用红色荧光粉稀缺。

（3）紫外（近紫外）芯片+荧光粉组合

该方法利用紫外（近紫外）芯片与能被其有效激发的红、绿、蓝三种颜色荧光粉混合，或与可同时发出红、绿、蓝三种颜色荧光粉混合生成白光。

优点：①显色性好；②光色均匀。

缺点：①颜色配比可控性差；②同时紫外光外泄对环境造成污染。

除上述三种方式外，实现白光LED还有以下几种方式：多量子阱型［94］、光转化型［95］、量子点白光技术［96］等。

1.4.2　白光LED特点及技术现状

白光LED成为第四代绿色照明光源，其主要特点：

①光效高，寿命长；

②节能环保；

③应用安全，灵活性好；

④反应时间短，显色性好。

白光LED所面临的技术现状：

①实际发光效率低。白光LED具有很高的理论发光效率，但实际发光效率只有理论的百分之几，因此有待进一步提高光效。

②荧光粉。可被蓝光和近紫外光有效激发的高效红色荧光粉稀缺，新型红色荧光粉有待被研制。

③成本。相对于传统的白炽灯、荧光灯，LEDs价格偏高，有待提高技术降低成本。

④散热。大功率照明时，芯片温度升高，散热效果不好，导致荧光粉温度猝灭，降低发光效率。