LED光源的發光機理簡介

2010年5月7日-12日，河南省照明學會組織照明專家及企業家一行赴日考察了日本照明現狀，發現日本的LED照明現狀并不盡如人意。

近年來，在照明領域最引人關注的事 件是半導體照明的興起。20世紀90年代中期，日本日亞化學公司的Nakamura等人經過不懈努力，突破了制造藍光發光二極管（LED）的關鍵技術，并由此開發出以熒光材料覆蓋藍光LED產生白光光源的技術。

led是LightEmittingDiode(發光二極管)的縮寫。發光二極管是一種新型固態冷光源，LED的最顯著特點是使用壽命長，光電轉換效能高、抗震性能好、使用方便等優點，在照明系統中的應用越來越廣泛。在同樣照度下，LED燈的電能消耗和壽命比白熾燈和日光燈都有明顯的優勢。

各種白色發光方法的開發，以及新一代熒光粉的開發，已經使得LED的發光效率大幅提高，目前產業化產品已從45lm/w提高到100lm/w(到2009年，Cree公司的冷白光光效在350mA時已經超過100lm/W，而暖白光也超過75lm/W)，研究水平160lm/w，目標最高水平期望達200lm/w以上。壽命4萬小時至8萬小時。

一、LED光源的發光機理

與白熾燈或者氣體放電燈的發光原理迥然不同。LED自發性的發光是由于電子與空穴的復合而產生的。

LED是由P型半導體形成的P層和N型半導體形成的N層，以及中間的由雙異質結構成的有源層組成。有源層是發光區，利用外電源向PN結注入電子，在正向偏壓作用下，N區的電子將向正方向擴散，進入有源層，P區的空穴也將向負方向擴散，進入有源層，電子與空穴復合時，將產生自發輻射光，見圖1。LED因其使用的材料不同，其二極管內中電子、空穴所占的能階也有所不同，能階的高低差影響結合后光子的能量而產生不同波長光，也就是不同顏色的光，如紅、橙光、黃、綠、藍或不可見光等。

二、白光LED

白光LED的出現為越來越多的室內室外照明工程提供了白光LED半導體照明。白光LED的光效等都有了長足的進步，白光LED甚至已經開始挑戰傳統光源的地位。

目前獲得白光LED主要有兩個途徑：第一個是通過熒光粉轉換得到白光；第二個是把不同顏色的LED芯片封裝到一起，多芯片混合發出白光。對于上述兩種途徑，根據參與混合白光的基色光源的數目，又可分為二基色體系和多基色體系。

熒光粉轉換白光LED

(1)二基色熒光粉轉換白光LED

二基色白光LED是利用藍光LED芯片和YAG熒光粉制成的。一般使用的藍光芯片是InGaN芯片，另外也可以使用AlInGaN芯片。藍光芯片LED配YAG熒光粉方法的優點是：結構簡單，成本較低，制作工藝相對簡單，不過該方法也存在若干缺點，比如藍光LED效率不夠高，致使白光LED效率較低；熒光粉自身存在能量損耗；熒光粉與封裝材料隨著時間老化，導致色溫漂移和壽命縮短等。

(2)三基色熒光粉轉換LED

三基色熒光粉LED能在較高發光效率前提下有效提升LED的顯色性。得到三基色白光LED的最常用辦法是，利用紫外光LED激發一組可被紫外輻射有效激發的三基色熒光粉。

相對于藍光LED+YAG熒光粉獲取白光的方法，采用紫外LED+三基色熒光粉的方法更易于獲得顏色一致的白光，這是因為LED的光色僅僅由熒光粉的配比決定。另外，這種類型的白光LED具有高顯色性，光色和色溫可調，使用高轉換效率的熒光粉可以提高LED的光效。

不過，紫外LED+三基色熒光粉的方法還存在一定的缺陷，比如熒光粉在轉換紫外輻射時效率較低；粉體混合較為困難；封裝材料在紫外光照射下容易老化，壽命較短等。而且目前轉換效率較高的紅色和綠色熒光粉多為硫化物體系，這類熒光粉發光穩定性差、光衰較大。