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白光LED的结构与
发光原理
报告人：庞 涛
1、多芯片型LED
芯片材料选取：AlGaInN和AlGaInP
优点：
1、无Stokes位移能量损失
2、无荧光粉中非辐射复合损失
缺点：
1、不同芯片的驱动电压不同，
需要分别供电 ，因此电路复杂，
成本高
2、不同芯片的老化衰减不一致，
长期工作会导致色温偏移
2、量子点LED
2.1 什么是量子点：
量子点是准零维的纳米材料，粗略地说，是指三个维度的尺
寸都在10 nm以下，由于其内部电子在各方向上的运动都受到限制，
所以量子局域效应特别显著。
2.2 量子点LED工作原理：
不同尺寸的量子点电子和空穴被量子限域的程度不一样，分
子特性的分立能级结构也因量子点的尺寸不同而不同，因此在收
到外来能量激发后，不同尺寸的量子点将发出不同波长的荧光。
2.3 量子点LED结构（一）
通过镀膜法将量子点材料均匀涂覆在电子传导层和空穴传导层
之间，通过改变量子点的种类和尺寸来控制材料发射光谱的范围。
优点：
发光层由量子点胶体溶液旋涂制成，工艺简单、成本低、可制
成柔性器件。
3.4 量子点LED结构（二）
利用MBE直接在衬底上生长包含点的纳米线
电子注入式发光，效率更高。
 Catalyst-free
InGaN/GaN
dot-in-a-wire heterostructures
are grown by molecular
beam epitaxy on Si(111)
substrates.
Appl. Phys. Lett., vol. 96, 013106, 2010.
Nano Lett., in press.
2.5 量子点LED结构（三）
Nizamoglu等人2008年通过利用蓝紫光LED与量子点荧光粉
组合，实现显色指数80以上、色温在3000K、流明效率高达300
lm/W的暖白色发光。
3、蓝光LED+荧光粉
优点：成本低，工艺成熟
缺点：
1、显色性差
2、发光颜色受驱动电压影响
3、荧光粉涂层厚度影响色温均
匀性
4、封装用环氧树脂易高温老化
5、适用的荧光粉少
3.1 一种提高荧光显色性的方法
通过对荧光粉掺杂的改进，引入Gd3+、Pr3+使610nm处出现明
显发射峰，且荧光主峰发生红移，从而使光谱中红光成分增强。
3.2 一种提高相关色温分布均匀性的方法
用于照明的白光LED，其相关色温的空间分布均匀性是产品性
能的重要指标。人眼能分辨的相关色温差异约为50~100K，而目前
普通白光LED由于采用直接在芯片表面涂覆荧光粉和硅胶混合体，
而荧光粉粉层厚度难以控制，使得整个出射的白光相关色温分布难
以达到均匀一致。其角向相关色温差异高达800K.
解决方案：
优化涂覆工艺，改善荧光粉层厚度的均匀性。
3.3 一种提高光效和使用寿命的封装方法
传统封装方法采用荧光粉涂覆和环氧树脂封装技术，对于小
功率器件可以满足要求，但对于大功率器件，由于工作电流高达
350mA，因此会加速环氧树脂材料的老化，从而影响器件的发光
效率和使用寿命。
1、解决方法：利用微晶玻璃代替传统方法
2、指导思想：与树脂相比，玻璃材料更耐高温、且导热性更好。
4、紫外、近紫外、紫光LED+荧光粉
优点：
1、色温不受电流影响
2、显色性好
3、适用材料丰富
可采用单相基质（宽带谱、
分立谱），
也可采用多相基质（分立谱）。
4、发光效率高
缺点：
1、紫外芯片发光效率低
2、封装树脂抗紫外辐射老化能
力差
5、近红外LD（LED）+荧光粉
5.1 优点：
1、色温不受电流影响
2、显色性较好
3、适用材料丰富
可采用单相基质
（宽带谱、分立谱），
也可采用多相基质。
4、材料稳定好，无光衰
5、成本低
6、色温与亮度便于调节
5.2缺点：效率偏低
5.3 上转换发光原理
Auzel提出的6种上转换发光机理
5.4 色温调节
5.5 色平衡的控制
图2.4 ACBM:22.6Yb/0.05Tm/0.375Er在单一 图2.5 在不同泵浦功率密度下的色点坐标
980 nm LD泵浦下的上转换光谱