发光二极管的结构及发光原理
 白光 LED 的开发 对于一般照明而言，人们更需要白色的光源。1998 年发白光的 LED 开发成功。 这种 LED 是将 GaN 芯片和钇铝石榴石（YAG）封装在一起做成。GaN 芯片发蓝光 （λp=465nm，Wd=30nm），高温烧结制成的含 Ce3+的 YAG 荧光粉受此蓝光激发 后发出黄色光发射，峰值 550nm。蓝光 LED 基片安装在碗形反射腔中，覆盖以 混有 YAG 的树脂薄层，约 200-500nm。LED 基片发出的蓝光部分被荧光粉吸收， 另一部分蓝光与荧光粉发出的黄光混合，可以得到得白光。 现在，对于 InGaN/YAG 白色 LED，通过改变 YAG 荧光粉的化学组成和调节荧光 粉层的厚度，可以获得色温 3500-10000K 的各色白光。（如下图所示） 表一列出了目前白色 LED 的种类及其发光原理。 目前已商品化的种 产品为蓝光单晶片加上 YAG 黄色荧光粉，其的发光效率约为 25 流明/瓦， YAG 多为日本日亚公司的进口，价格在 2000 元/公斤；第二种是日本住友电工 亦开发出以 ZnSe 为材料的白光 LED，不过发光效率较差。 从表中也可以看出某些种类的白色 LED 光源离不开四种荧光粉：即三基色 稀土红、绿、蓝粉和石榴石结构的黄色粉，在未来较被看好的是三波长光，即 以无机紫外光晶片加 R.G.B 三颜色荧光粉，用于封装 LED 白光，预计三波长白 光 LED 今年有商品化的机机会。但此处三基色荧光粉的粒度要求比较小，稳定 性要求也高，具体应用方面还在探索之中。 表一 白色 LED 的种类和原理 芯片数 激发源 发光材料 发光原理 1 蓝色 LED InGaN/YAG InGaN 的蓝光与 YAG 的黄光混合成白光 蓝色 LED InGaN/荧光粉 InGaN 的蓝光激发的红绿蓝三基色荧光 粉发白光 蓝色 LED ZnSe 由薄膜层发出的蓝光和在基板上激发 出的黄光混色成白光 紫外 LED InGaN/荧光粉 InGaN 的紫外激发的红绿蓝三基色荧光 粉发白光 2 蓝色 LED InGaN、GaP 将具有补色关系的两种芯片封装在一 起，构成白色 LED 黄绿 LED 3 蓝色 LED InGaN 将发三原色的三种小片封装在一起， 构 成白色 LED 绿色 AlInGaP LED 红色 LED 多个 多种光色的 InGaN、Ga 将遍布可见光区的多种光芯片封装在 LED 一起，构成白色 LED 采用 LED 光源进行照明，首先取代耗电的白炽灯，然后逐步向整个照明 市场进军， 将会节约大量的电能。 近期， 白色 LED 已达到单颗用电超过 1 瓦， 光输出 25 流明，也增大了它的实用性。表二和表三列出了白色 LED 的效能进 展。 表二 单颗白色 LED 的效能进展 发光效能（流明/瓦） 备注 5 15 相若白炽灯 25 相若卤钨灯 50 估计 年份 1998 1999 2001 2005 表三 长远发展目标 单颗白色 LED 输入功率 发光效能 输出光能 10 瓦 100 流明 / 瓦 1000 流明 / 瓦 业界概况 在 LED 业者中，日亚化学是最早运用上述技术工艺研发出不同波长的高亮 度 LED，以及蓝紫光半导体激光（LaserDiode ；LD），是业界握有蓝光 LED 专利权的重量级业者。在日亚化学取得兰色 LED 生产及电极构造等众多基本专 利后， 坚持不对外提供授权， 仅采自行生产策略， 意图独占市场， 使得蓝光 LED 价格高昂。但其他已具备生产能力的业者相当不以为然，部分日系 LED 业者认 为，日亚化工的策略，将使日本在蓝光及白光 LED 竞争中，逐步被欧美及其他 国家的 LED 业者抢得先机，届时将对整体日本 LED 产业造成严重伤害。因此许 多业者便千方百计进行蓝光 LED 的研发生产。目前除日亚化学和住友电工外， 还有丰田合成、罗沐、东芝和夏普，美商 Cree，全球 3 大照明厂奇异、飞利浦、 欧司朗以及 HP、Siemens、Research 、EMCORE 等都投入了该产品的研发生产， 对促进白光 LED 产品的产业化、市场化方面起到了积极的促进作用。

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