白光LED將驅(qū)動這項照明革命。傳統(tǒng)白光LED由發(fā)射藍(lán)光的晶片及由吸收藍(lán)光而放出黃光的螢光粉結(jié)合而成。這樣的裝置中，由混色而成的白光之發(fā)光效率受到限制。即使藍(lán)光晶片和螢光粉的效率都非常高，晶片放出光子的能量及實際被螢光粉吸收的能量間的差距，仍造成不可避免的能量損失。此外，使用螢光粉也有個實行上的缺點，將螢光粉涂布於LED晶片上將增加制造成本。

　　終極的解決方式就是單片式白光LED，發(fā)出多重光譜，如藍(lán)、黃或三原色。然而，制造這樣一個裝置相當(dāng)具有挑戰(zhàn)。氮化銦鎵（InGaN）藍(lán)光LED在長波長下效率驟降，而磷化銦鎵（InGaP）紅光LED在短波長下則效率銳減，這些缺點合起來導(dǎo)致缺乏效率的綠光及黃光射極，稱為綠光能隙（green gap），阻礙了單片式白光LED的發(fā)展。

　　在三星的研究機(jī)構(gòu)SAIT（Samsung Advanced Institute of Technology），我們已經(jīng)著手開發(fā)另一種全新的LED結(jié)構(gòu)，利用奈米級的棱錐結(jié)構(gòu)來制造單片式白光LED，能順利解決綠光能隙的問題。

　　為何不用螢光粉？

　　高品質(zhì)且價格實惠的LED燈泡是固態(tài)照明的終極目標(biāo)。今日已可買到色彩品質(zhì)佳且高發(fā)光效率的LED，但對消費者而言成本仍然太高。顯而易見的，大量生產(chǎn)可降低晶片成本，采用大尺寸矽晶圓能夠獲得更高的利潤。我們已經(jīng)發(fā)展出這樣的技術(shù)，且最近已應(yīng)用於藍(lán)光LED的生產(chǎn)，其在4寸及8寸矽晶片上以電流350mA驅(qū)動下可產(chǎn)生510mW的功率。但既然最終是要降低整個經(jīng)營成本，比起降低制造成本，提升發(fā)光效率會更為有效。這是因為加強(qiáng)發(fā)光效率能帶來三個層面的效益；分別為對晶片而言可降低每流明的成本，對整個燈具而言能降低封裝成本，針對使用上而言可以降低耗電量。

　　晶片制造大廠的實驗室中，最佳的白光LED之發(fā)光效率超過200lm/W。在350mA驅(qū)動電流下，美國Cree公司創(chuàng)下發(fā)光效率231lm/W的記錄。紀(jì)錄無疑的仍會繼續(xù)往上增加，但能提升的空間不多了，因為螢光粉轉(zhuǎn)換白光LED（phosphor-converting white LED）的理論最大發(fā)光效率為263lm/W。

　　理論值限制之最大發(fā)光效率的關(guān)鍵因素是史托克轉(zhuǎn)換（Stokes shift）能量損失。當(dāng)以藍(lán)光激發(fā)黃光螢光粉時該損失達(dá)20%，且當(dāng)藍(lán)光被用以激發(fā)較長波長的螢光粉，如橘光螢光粉時，則該損失會更大。橘光螢光粉是被用來產(chǎn)生居住照明市場所需的暖白色調(diào)光源。利用混色方式所結(jié)合出的白光在發(fā)光效率上亦會產(chǎn)生限制，因人眼對綠色敏感，而傳統(tǒng)白光LED缺乏會對光源效率有很大的影響的綠光光譜。綜合此因素，對於廣泛的發(fā)光光譜結(jié)合螢光粉所發(fā)出的光，人眼對其光波長反應(yīng)遲鈍；更糟的是，暖白光中的可見光則更嚴(yán)重。

　　去除波長的轉(zhuǎn)換可避開這些問題，且可增加理論最大發(fā)光效率到超過400lm/W。但建構(gòu)這樣的裝置非常棘手，因為不只是制造一個能產(chǎn)生多色光之波長的單一晶片，并且要能發(fā)出高效率的的綠光、黃光、或甚至是紅光。

　單片式白光LED的障礙

　　氮化物L(fēng)ED的綠光能隙源自於富含銦氮化銦鎵的晶體品質(zhì)不佳，以及三族氮化物在c平面上的極化性質(zhì)所導(dǎo)致的。巨觀的極化現(xiàn)象於此材料中，引起垂直量子井平面的壓電場。壓電場在電子井中將電子與電洞拉開，導(dǎo)致自發(fā)輻射率的衰退，此現(xiàn)象稱為量子局限史塔克效應(yīng)。