白光LED將驅(qū)動(dòng)這項(xiàng)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(shí)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(gè)實(shí)行上的缺點(diǎn)，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(gè)裝置相當(dāng)具有挑戰(zhàn)。氮化銦鎵（InGaN）藍(lán)光LED在長(zhǎng)波長(zhǎng)下效率驟降，而磷化銦鎵（InGaP）紅光LED在短波長(zhǎng)下則效率銳減，這些缺點(diǎn)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(jí)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(jià)格實(shí)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(duì)消費(fèi)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(rùn)。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(dòng)下可產(chǎn)生510mW的功率。但既然最終是要降低整個(gè)經(jīng)營(yíng)成本，比起降低制造成本，提升發(fā)光效率會(huì)更為有效。這是因?yàn)榧訌?qiáng)發(fā)光效率能帶來三個(gè)層面的效益；分別為對(duì)晶片而言可降低每流明的成本，對(duì)整個(gè)燈具而言能降低封裝成本，針對(duì)使用上而言可以降低耗電量。

　　晶片制造大廠的實(shí)驗(yàn)室中，最佳的白光LED之發(fā)光效率超過200lm/W。在350mA驅(qū)動(dòng)電流下，美國(guó)Cree公司創(chuàng)下發(fā)光效率231lm/W的記錄。紀(jì)錄無疑的仍會(huì)繼續(xù)往上增加，但能提升的空間不多了，因?yàn)槲灩夥坜D(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(shí)該損失達(dá)20%，且當(dāng)藍(lán)光被用以激發(fā)較長(zhǎng)波長(zhǎng)的螢光粉，如橘光螢光粉時(shí)，則該損失會(huì)更大。橘光螢光粉是被用來產(chǎn)生居住照明市場(chǎng)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(huì)產(chǎn)生限制，因人眼對(duì)綠色敏感，而傳統(tǒng)白光LED缺乏會(huì)對(duì)光源效率有很大的影響的綠光光譜。綜合此因素，對(duì)於廣泛的發(fā)光光譜結(jié)合螢光粉所發(fā)出的光，人眼對(duì)其光波長(zhǎng)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(zhǎng)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?yàn)椴恢皇侵圃煲粋€(gè)能產(chǎn)生多色光之波長(zhǎng)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(chǎng)。壓電場(chǎng)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)。