作者：Rob Lineback, IC Insights Inc.
半个世纪前，固态电子技术还是以小信号工作的器件形式出现，其最初的目标是取代在开关和放大电路系统中的真空电子管。几十年过去了，晶体管、集成电路和其他固态电路逐渐淘汰和取代了绝大多数电路系统中的真空电子管。甚至连阴极射线管（CRT）也正逐渐地被平板显示器所替代。固态电子技术下一步要征服的目标并不是其他东西，而正是真空电子管的前辈——白炽光灯泡（以及它的同辈荧光灯照明光源）。
化合物半导体及其制造工艺技术的加速发展使得发光二极管LED已极有可能替代荧光灯和白炽灯来作为室内照明的光源。许多LED供应商和科技人员把这看作是固态照明工程的下一个“圣杯”。而且，固态照明所拥有的巨大潜力使白光LED制造商迎来了最好的发展机遇，近年来白光LED在显示器背照明和手机键盘照明上的大量应用已经获得了成功，而且在近期内还看不到在这方面的增长有任何降温的可能。
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图1.白光LED发光效率的目标。LED的实验器件可以在2012年达到150 lm/W，到2020年将提高到200 lm/W，但商业应用的器件估计将会落后一些。（数据来源：US Dept. of Energy）
在整个2005年到进入2006年后，高亮度白光LED的主要供应商们宣布他们的一系列新产品可以在可见光发光效率上等同于或略好于目前在大多数办公场所使用的大量的荧光灯照明光源。随着芯片级集成、薄膜淀积和塑封技术的优化和进步，以及大多数基于氮化镓化合物的无机材料薄膜叠层技术的发展，使得LED制造者能大幅度地提升其产品的发光效率（发光效率是以流明每瓦lm/W计）。
到目前为止，大多数主要的LED厂商的新器件可以达到“壁灯的效率”（大约为60到80lm/W）。与此同时，白光LED的先行厂商日本的Nichia公司最近披露了一项基于氮化镓的高流明LED的发展，其效率可达到100lm/W。这样的发光效率已被认为是高亮度白光LED器件发展的一个重要里程碑，因为它的发光效率已等同于标准荧光灯光源的发光效率。（高能耗但是更便宜的白炽灯泡一般只有14到16lm/W），但最为重要的情况还是最新的LED发光效率水平预示着固态照明技术的进展比原先的产业发展计划提前了两到三年。
美国能源部（DOE）在2005年的规划中显示LED实验器件将在2012年达到150lm/W，在2020年达到200lm/W，但是商用的器件估计会有些延迟。然而，研发部门经费的显著增加使得LED制造商能更快地发展固态照明技术，并有望在2010年前使固态照明能成为全球具有130亿美元产值照明工业的主要竞争者。IC Insights公司预计，包括那些用于室内照明系统中的高亮度LED在2010年全球67亿美元的LED总销售额中会占到86%左右。
固态照明的发展潮流正成为世界范围内有能源意识的政府部门优先进行考虑的问题，各国都加大了LED研发资金的投入。美国的一个能源研究表明固态照明在可以预见的未来将能够节约3.5X1015 BTU的电量，这个数字比俄勒冈州一年消耗的电量的三倍还多。另外，根据另一个美国评估报告的数据，如果以LED为基础的固态照明技术经下一个十年的持续发展，未来全球火力发电厂所释放出的碳每年将减少3亿吨。
白色光
白色光发光二极管在LED领域相对较新。在上世纪60年代末，用镓、砷和磷化合物半导体（GaAsP）制作的655nm波长红光发光器件投入生产之后，业界花费了将近30年时间的研发才使得LED能发出彩虹中包含的所有颜色。近几十年来，在LED上采用了一些其他的化合物和化学结构来产生黄、绿、橙和琥珀色可见光。制造全色LED显示器能力的一个重要的跳跃发生在上世纪90年代初期，当时，一开始使用碳化硅（SiC）而后用氮化镓GaN化合物半导体材料使得蓝光器件最终得以实现，从这时开始到90年代末，白光LED才逐渐地从蓝光LED技术中脱离出来。
将发蓝光的LED转化为发白光的LED结构的基本方法是使用化学气相沉积（CVD）在InGaN基器件中淀积一层特殊的磷薄膜。蓝光激发了黄色的磷化合物后，使得LED发出白色光。另一种基本的方法是把发红光、绿光和蓝光的LED组合到一起来获得白色光。有些制造商把磷添加到紫外LED中来产生高亮度和高功率的白色光，还有试图尝试用其他办法来制造高亮度白光LED，而不使用地球上相对较缺乏的磷。
其他一些有发展前途的高亮度白光LED技术在世界范围的各实验室均不断有报道。在2005年10月，Vanderbilt大学的一名研究生报道了一种在蓝光LED中应用仅有几个nm大小的量子点晶体的技术，能发出的强度两倍于60W照明灯泡的“真实”白光。同样也在2005年，在Durham的Cree公司的研究人员使用了SiC上的GaInN结构的白光LED技术在350mA电流下得到了70lm/W的发光效率。根据Lawrence伯克利国家实验室照明研究小组（与Cree公司合作）的研究，这样的发光效率能“将白光LED能达到150lm/W这一目标至少提前了两年”。在其他地方，如日本的Rohm公司正在试图使用氧化锌ZnO材料来替代较为昂贵的氮化镓GaN材料来降低白光LED的成本。
