高亮度LED解決關(guān)鍵問(wèn)題前程似錦
加入技術(shù)交流群
然而HP的TIPLED只適用在易于加工的四元紅光發(fā)光二極管上，對(duì)于使用硬度極高的藍(lán)寶石(Sapphire)基板之GaN系列發(fā)光二極管而言有相當(dāng)?shù)睦щy。2001年初，Cree公司用同樣的結(jié)構(gòu)概念(圖4)，挾著其基板是SiC的優(yōu)勢(shì)，也成功將GaN/SiC發(fā)光二極管同樣作成具有斜面之LED，并將外部量子效率大幅提升至32%；然而SiC基板比Sapphire貴很多，因此目前在這一技術(shù)上，尚無(wú)進(jìn)一步的進(jìn)展。
表面粗化(surfaceroughness)技術(shù)
藉由將組件的內(nèi)部及外部的幾何形狀粗化，破壞光線在組件內(nèi)部的全反射，提升組件的使出效率。這樣的方法最早是由日亞化學(xué)所提出，其粗化方法基本上是在組件的幾何形狀上形成規(guī)則的凹凸形狀，而這種規(guī)則分布的結(jié)構(gòu)也依所在位置的不同分為兩種形式，一種是在組件內(nèi)設(shè)置凹凸形狀，另一種方式是在組件上方制作規(guī)則的凹凸形狀，并在組件背面設(shè)置反射層。由于使用傳統(tǒng)制程即可在GaN系化合物半導(dǎo)體層的界面設(shè)置凹凸形狀，因此上述第一種方式具有較高的實(shí)用性。目前若使用波長(zhǎng)為405nm的紫外組件，可獲得43%外部量子效率，取出效率為60%，為目前全球最高的外部量子效率與取出效率。
芯片黏貼技術(shù)(waferbonding)
因?yàn)榘l(fā)光二極管所產(chǎn)生的光線在經(jīng)過(guò)多次全反射后，大部份都被半導(dǎo)體材料本身與封裝材料所吸收。因此若使用會(huì)吸光的GaAs?作為AlGaInP?LED的基板時(shí)，將使得發(fā)光二極管內(nèi)部的吸收損失變更大，而大幅降低組件的取光效率。為了減少基板對(duì)LED所發(fā)出光線的吸收，HP首先提出透明基板之粘貼技術(shù)。所謂的透明基板黏貼技術(shù)主要是將發(fā)光二極管晶粒先在高溫環(huán)境下施加壓力，并將透明的GaP基板粘貼上去，之后再將GaAs除去，如此便可提高二倍的光線取出率。
上述的芯片粘貼技術(shù)目前主要還是應(yīng)用在四元LED組件上，然而近來(lái)也開(kāi)始將此技術(shù)運(yùn)用在GaN?LED上。Osram Opto Semiconductors在2003年2月也發(fā)表了新的研究成果－ThinGaN，可將藍(lán)光LED取光效率提升至75%，比傳統(tǒng)提升了3倍。
覆晶封裝技術(shù)(Flipchip)
對(duì)于使用藍(lán)寶石基板(sapphire substrate)的GaN系列的材料而言，因?yàn)槠銹極及N極的電極必須做在組件的同一側(cè)，因此若使用傳統(tǒng)的封裝方法，占組件大部分發(fā)光角度的上方發(fā)光面將會(huì)因?yàn)殡姌O的擋光而損失相當(dāng)程度的光量。所謂的Flip?Chip結(jié)構(gòu)即是將傳統(tǒng)的組件反置，并在p型電極上方制作反射率較高的反射層，藉以將原先從組件上方發(fā)出的光線從組件其它的發(fā)光角度導(dǎo)出，而由藍(lán)寶石基板端緣取光(如圖5)。這樣的方法因?yàn)榻档土嗽陔姌O側(cè)的光損耗，可有接近于傳統(tǒng)封裝方式兩倍左右的光量輸出。另一方面，因?yàn)楦簿ЫY(jié)構(gòu)可直接藉由電極或是凸塊與封裝結(jié)構(gòu)中的散熱結(jié)構(gòu)直接接觸，而大幅提升組件的散熱效果，進(jìn)一步提升組件的光量。
白光led成為舞臺(tái)焦點(diǎn)
在各色LED發(fā)光效率開(kāi)始大幅提升的同時(shí)，將高亮度LED應(yīng)用于照明的可能性也越來(lái)越高。而這樣應(yīng)用的考慮在于如何開(kāi)發(fā)出白光發(fā)光二極管。目前利用發(fā)光二極管配成白光的方法主要為3種，分別說(shuō)明如下：
單晶藍(lán)光LED與黃光熒光粉
日亞公司在藍(lán)光發(fā)光半導(dǎo)體成功被開(kāi)發(fā)出來(lái)之后，隨著開(kāi)發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品便是白光發(fā)光二極管。其實(shí)日亞公司的白光發(fā)光二極管并不是半導(dǎo)體材料本身直接發(fā)出白光，而是藉由藍(lán)光發(fā)光二極管激發(fā)涂布在其上方的黃光YAG熒光粉，熒光粉被激發(fā)后產(chǎn)生的黃光與原先用于激發(fā)的藍(lán)光互補(bǔ)而產(chǎn)生白光。目前日亞公司市售商品乃是利用460nm的InGaN藍(lán)光半導(dǎo)體激發(fā)YAG熒光粉，而產(chǎn)生出555nm的黃光，且已經(jīng)完全商品化，與其它幾家同樣在發(fā)展高亮度LED的大廠Lumileds Lighting、Cree、豐田合成(Toyoda Gosei)在LED市場(chǎng)上不斷在競(jìng)合。而隨著藍(lán)光晶粒發(fā)光效率的不斷提升及YAG熒光粉合成技術(shù)的逐漸成熟，藍(lán)光晶粒與黃光熒光粉封裝的白光發(fā)光二極管為目前較成熟的白光發(fā)光二極管技術(shù)。
單晶型UVLED＋RGB熒光粉
雖然說(shuō)利用藍(lán)光晶粒配合黃光YAG熒光粉的白光發(fā)光二極管封裝技術(shù)是目前較成熟的技術(shù)，但是利用這樣方法封裝出來(lái)的白光發(fā)光二極管有幾個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題遲遲無(wú)法解決。首先是均勻度的問(wèn)題，因?yàn)榧ぐl(fā)黃光熒光粉的藍(lán)光晶粒實(shí)際上參與白光的配色，因此藍(lán)光晶粒發(fā)光波長(zhǎng)的偏移、強(qiáng)度的變化及熒光粉涂布厚度的改變均會(huì)影響白光的均勻度。最?？匆?jiàn)的例子便是利用這種方式封成的白光發(fā)光二極管，中央的部分看起來(lái)較藍(lán)(或較白)，而旁邊的區(qū)域看起來(lái)較黃(熒光粉涂布較厚)，每一顆白光發(fā)光二極管的顏色更不盡相同。
另一方面，發(fā)展此技術(shù)的日亞公司擁有大部分相關(guān)于藍(lán)光晶粒制程技術(shù)與黃光YAG?熒光粉相關(guān)白光發(fā)光二極管的專利，而日亞公司對(duì)于專利是采取改寡占市場(chǎng)的態(tài)度，因此對(duì)于利用藍(lán)光晶粒配合黃光熒光粉生產(chǎn)白光發(fā)光二極管的廠商均是有苦難言。而利用藍(lán)光晶粒配上黃光熒光粉的白光發(fā)光二極管技術(shù)，更有白光色溫偏高、演色性偏低等問(wèn)題。因此開(kāi)發(fā)一個(gè)效果更好且沒(méi)有專利問(wèn)題的技術(shù)是目前各發(fā)光二極管廠商的重大課題。
UV?LED配上三色(R、G、B)熒光粉提供了另一個(gè)方向研發(fā)方向。其方法主要是利用實(shí)際上不參與配出白光的UV LED激發(fā)紅、綠、藍(lán)三色熒光粉，藉由三色熒光粉發(fā)出的三色光配成白光。這樣的方法因?yàn)閁V LED不實(shí)際參與白光的配色，因此UV?LED波長(zhǎng)與強(qiáng)度的波動(dòng)對(duì)于配出的白光而言不會(huì)特別的敏感。并可藉由各色熒光粉的選擇及配比，調(diào)制出可接受色溫及演色性的白光。而在專利方面，利用UV LED＋RGB熒光粉相關(guān)的研發(fā)仍有相當(dāng)?shù)陌l(fā)揮空間。但是這樣的技術(shù)雖然有種種的優(yōu)點(diǎn)，但是仍有相當(dāng)?shù)募夹g(shù)難度，這些困難包括了配合熒光粉紫外光波長(zhǎng)之選擇(熒光粉最佳轉(zhuǎn)換效率之激發(fā)波長(zhǎng))、UV?LED制作的難度及抗UV封裝材料的開(kāi)發(fā)等等，均待各研發(fā)單位一一去解決。
多晶型RGBLED
將發(fā)出紅、藍(lán)、綠三種顏色的晶粒，直接封裝在一起，藉由紅、綠、藍(lán)三色直接配成白光的方式，可制成白光發(fā)光二極管。利用三色晶粒直接封裝成白光二極管這種方法是最早用于制成白光的方式，其優(yōu)點(diǎn)是不需經(jīng)過(guò)熒光粉的轉(zhuǎn)換，藉由三色晶粒直接配成白光，除了可避免因?yàn)闊晒夥坜D(zhuǎn)換的損失而得到較佳的發(fā)光效率外，更可以藉由分開(kāi)控制三色發(fā)光二極管的光強(qiáng)度，達(dá)成全彩的變色效果(可變色溫)，并可藉由晶粒波長(zhǎng)及強(qiáng)度的選擇得到較佳的演色性。
但其缺點(diǎn)為混光困難，使用者在此光源前方各處可輕易觀察到多種不同的顏色，并在各遮蔽物后方看到彩色的影子。另外，因?yàn)樗褂玫娜齻€(gè)晶粒都是熱源，散熱問(wèn)題更是其它種封裝型式的3倍，而增加其使用上的困難。目前利用多晶形RGB?LED封裝型式的白光發(fā)光二極管約可得到25～30lm/W的效率。主要應(yīng)用在散熱問(wèn)題較不嚴(yán)重的戶外顯示廣告牌、戶外景觀燈、可變色洗墻燈等。但另一方面，若可藉由電子電路控制的設(shè)計(jì)，利用多晶形RGB LED封裝型式的發(fā)光二極管，很有機(jī)會(huì)成為取代目前使用CCFL的LCD背光模塊中背光源的主
評(píng)論