输入到白色LED的电力转换为光后输出到外部的过程如下：①向蓝色LED芯片输入电力，发出蓝光;②通过荧光材料将部分蓝光的波长转换为长波长的可见光;③蓝光和进行过波长转换的光混合后成为白色光输出到封装外部。要想提高发光效率，就必须减少各个环节中的能量损失。

　　每个环节需要以下技术：①降低电阻损失、在发光层改善电子产生光子的内部量子效率、提高将光子输出到蓝色LED芯片外的光提取效率;②改善波长转换效率;③提高向封装外输出白光的光提取效率，等等。迄今为止各厂商已经提出多种改进措施，并取得了显著成果。

　　例如，电阻损失的指标——白色LED的正向电压较原来大幅降低。照明用途常用的1W产品，其正向电压以前接近4V，而现在已经降至2.9～3V左右(图3)。从蓝色光的能量(2.75eV)来看，以前输入功率的20～30%多会因电阻丧失，而现在只损失5%左右。光提取效率也大幅提高，其中最高的产品为70%左右，在研发水平达到了90%。

　　图3：正向电压基本在下限值

　　日亚化学工业面向照明用途供货的输入功率为1W的白色LED，其正向电压近年来大幅降低。2011年的新产品为3V，已经相当接近正向电压的下限值(2.75V)。下限值与正向电压的差会产生无助于发光的能量损失。

　　要想实现200lm/W以上的发光效率，在实施上述所有改进措施的基础上，还需要整体提高①的内部量子效率和②的波长转换效率。因为这二者的提高空间相对较大。比如，内部量子效率目前为50～70%的水平。美国飞利浦流明(Philips Lumileds Lighting)宣布，将实现使每枚LED芯片具备1000lm的高输出以及高效率的白色LED，由此内部量子效率需要提高至80%以上(图 2(b))。

　　结晶品质和发光层构造存在改进余地

　　内部量子效率和波长转换效率将会如何改善呢?内部量子效率方面，需要改进发光层材料——GaN系半导体外延结晶的结晶品质和发光层构造;波长转换效率方面，需要改进荧光材料材料并开发新材料。这些举措均从白色LED面世时起就一直在进行。

　　除此之外，还具有将GaN系结晶的结晶面由目前的极性面变为非极性面，从而大幅提高内部量子效率的方法。该方法此前一直处于研发阶段，不过最近已开始向实用阶段迈进。例如，韩国首尔半导体(Seoul Semiconductor)计划2011年底开始样品供货，三菱化学计划最早在2012年实现实用化。首尔半导体表示，通过提高内部量子效率，有望将发光效率较现有产品提高40～70%。

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