日本专家研讨LED最新技术进展

日本专家研讨LED最新技术进展
2010-11-25 9:08:21 技术在线行业分类:外延芯片浏览

　　固体光源领域的国内外厂商从发光效率、亮度、寿命、显色性、面光源化以及点光源化五点出发，介绍了最新进展。

　　在与创能及节能元件展会“Green Device 2010”同时进行的研讨会“Green Device论坛2010”上，举行了照明用LED、OLED以及半导体激光器等固体光源技术研讨会“新一代照明论坛”。固体光源领域的国内外厂商从发光效率、亮度、寿命、显色性、面光源化以及点光源化五点出发，介绍了最新进展。

　　日本飞利浦流明公司（Philips LumiledsLighting）的神山博幸以白色LED的高效率化为中心，对相关技术的未来进行了展望。据神山博幸介绍，按照普通白色LED发光效率的提高速度来看，将会在近几年内超过200lm/W。虽然灯泡色LED在发光效率方面逊色于普通的白色LED，但目前已经达到90~100lm/W，不久就将超过200lm/W。今后，还需要在高电流密度下实现同样级别的高效率。具体做法是减少电流密度越高反而发光效率越低的“衰退（Droop）”现象。

　　日本飞利浦流明为解决这一课题，正在改变白色LED及灯泡色LED的光源——蓝色LED芯片的构造。虽然具体细节没有公布，但已经在蓝色LED芯片发光区域的量子井层和隔断层的界面附近，采用了防止电子或者空穴蓄积的层构造，使电子和空穴易于再次结合。这样，1mm见方芯片的外部量子效率在通入350mA电流时可达65.5%，通入1A电流时的效率也可高达59%。

　　通过上述方法以及降低顺向电压技术等，希望将来在1mm见方芯片中电流密度为2A/mm2时的发光效率能够达到150lm/W，光通量能够达到1000lm。这就需要将内部量子效率提高到80%（目前为53%），外部量子效率提高到72%（目前为47%），荧光体的转换效率提高到252lm/Wopt（目前为228lm/Wopt）。

　　日本欧司朗光电半导体公司（OsramOpto Semiconductors GmbH）的MichaelSchmitt也介绍了降低衰退现象的高输出功率白色LED技术。这是一项名为“UX:3”的将n电极设在LED内部的技术。使电流在芯片内部均匀地通过，从而控制电流密度，提高效率。另外，通过取消芯片表面的电极，使芯片内部的光更容易向芯片外部放出。

　　该公司透露了向1mm见方的芯片通入电流时光输出功率的特性。与随着电流的增大光输出功率呈线形上升的理想特性（没有衰退现象）相比，通入电流在350mA~1A范围时的光输出功率比理想特性低15%左右。

　　有效散出芯片热量，可靠性提高

　　在延长光源寿命方面，丰田合成的山口寿夫发表了演讲。指出在用于照明等的高输出功率白色LED方面，光源蓝色LED芯片的散热方法非常重要。作为应用于该公司产品的散热技术，首先在热传导率高的陶瓷基板上将蓝色LED芯片进行倒装芯片封装，把成为热源的芯片发光层靠近陶瓷基板。然后，将LED芯片的电极与陶瓷基板的电极通过金锡（AuSn）焊料连接。金锡焊料的存在使LED芯片的热量便于从电极散出。在可靠性试验方面，即使经过两万小时的使用，亮度也仅有5%左右的降低。在频繁进行白色LED的开灯、关灯时，流向LED芯片的热压也会减小，因此通过这种使用方法也可延长寿命。

　　丰田合成还介绍了该公司开发的采用玻璃材料封装的白色LED.玻璃封装的特点是，与采用树脂封装的普通白色LED相比可靠性更高（短波长的光不会变弱）；线膨胀系数方面，由于LED芯片与封装基板距离很近，不易产生由温度变化引起的热压。该公司在开发中与住田光学玻璃进行了合作。目前，计划在采用小型芯片的部分产品中展开该技术，最新数据方面，通入20mA电流时的发光效率达到了104.9lm/W（现有规格为76.5lm/W）。首先将用于检测设备以及内视镜等特殊用途的照明，将来还希望在更广领域的照明中使用。

　　LED要想成为照明主角，不但要具有高能源效率、充分的亮度以及较长的寿命等，还要追求光线是否让人感到舒适。从这一角度推进白色LED开发的就是三菱化学。在“GreenDevice Forum 2010”上，三菱化学的折户文夫介绍说，显色性及色彩表现性等白色光的色调今后将越来越重要。

　　折户认为，仅用平均显色性指数（Ra）来作为判断白色LED演色性好坏的数值是不够的。因为Ra中不包含对鲜红色等高彩度颜色的演色性评价。对此，折户强调了该公司将红色荧光体CASN（CaAlSiN3;Eu2+）添加到白色LED荧光体中做法的好处。

　　折户指出，想要进一步提高显色性时，可在近紫外LED上结合使用红、绿、蓝三种荧光体。三菱化学开发出了利用发光波长为405nm的近紫外LED的白色LED。虽然仍存在因斯托克斯效应导致的效率下降、因发光波长短导致的封装材料劣化等课题，但Ra超过了95，高彩度红色的演色性（R9）超过了90。但白色LED的发光效率在色温为2700K时还比较低，只有25lm/W。该公司今后将致力于发光效率的提高。

　　折户在演讲中提到了以15种饱和色作为色卡的演色性新评测基准Color QualityScale（CQS），Ra虽低但CQS高的话，也可清晰看到照明下的物体，这种CQS目前正在接受CIE TechnicalCommittee的审议。

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