LED重要概念A(yù)BC資料

1、Good is good, but better carries it.精益求精，善益求善。LED重要概念A(yù)BC-LED重要概念A(yù)BC光譜表示相對(duì)于光的波長(zhǎng)，光的強(qiáng)度的分布。HYPERLINK/led的光譜一般為單色LED，例如藍(lán)色LED以波長(zhǎng)470nm時(shí)為峰值呈山峰分布，以峰值波長(zhǎng)較短的紫外領(lǐng)域和峰值波長(zhǎng)較長(zhǎng)的綠色領(lǐng)域?yàn)楣獾膹?qiáng)度的測(cè)定極限。而白熾燈的光譜，其發(fā)光強(qiáng)度廣泛分布于400nm多的藍(lán)色領(lǐng)域至700nm多的近紅外領(lǐng)域，在紫外領(lǐng)域和紅外領(lǐng)域也能觀測(cè)到發(fā)光強(qiáng)度。熒光燈方面，組合使用的熒光體的發(fā)光波長(zhǎng)部分為光譜的峰值。與普通紅色、綠色和藍(lán)色LED的光譜峰值只有一個(gè)相比，白色LED的光譜則有很

2、大不同。例如藍(lán)色領(lǐng)域和黃色領(lǐng)域會(huì)有兩個(gè)發(fā)光強(qiáng)度的峰值，或者在藍(lán)色領(lǐng)域、黃色領(lǐng)域和紅色領(lǐng)域有三個(gè)峰值，甚至還會(huì)出現(xiàn)更多的峰值。這是因?yàn)?，白色LED的白色光是組合了多個(gè)波長(zhǎng)的光獲得的。例如，組合藍(lán)色LED和黃色熒光體時(shí)，峰值在藍(lán)色領(lǐng)域和黃色領(lǐng)域出現(xiàn)。另外，基于藍(lán)色LED的發(fā)光強(qiáng)度的峰值較尖，而基于熒光體的峰值較為平緩。將LED用于液晶面板背照燈時(shí)，最理想的情況是LED的光譜在紅色、綠色和藍(lán)色三個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)發(fā)光強(qiáng)度的峰值。這是因?yàn)長(zhǎng)ED的光最終將經(jīng)由液晶面板的彩色濾光片（紅色、綠色、藍(lán)色）輸出到外部。獲得三個(gè)發(fā)光強(qiáng)度的峰值時(shí)，有使用紅色、綠色和藍(lán)色三種LED的方法，以及通過(guò)改進(jìn)熒光體材料、使用可獲得三

3、個(gè)峰值的白色LED的方法。發(fā)光光譜有很大不同藍(lán)色LED和YAG類熒光體、藍(lán)色LED和ZnSe單結(jié)晶底板的發(fā)光、紫外LED和RGB熒光體等白色LED的發(fā)光光譜與熒光燈和自然光的比較。雖然都是白色，但發(fā)光光譜大為不同。另一方面，LED用于普通的HYPERLINK/照明器具時(shí)，光譜廣泛分布在可視光領(lǐng)域的白色LED較受歡迎。原因是接近自然光，即太陽(yáng)光的光譜的光線照射物體時(shí)，物體的顏色與照射自然光時(shí)接近的緣故。光通量、光強(qiáng)、亮度和照度光通量是表示光源整體亮度的指標(biāo)。單位為lm（流明）。在表示照明光源的明亮程度時(shí)經(jīng)常使用。是參考人眼的靈敏度（視覺(jué)靈敏度）來(lái)表示光源放射光亮度的物理量。具體數(shù)值為各向同性的發(fā)

4、光強(qiáng)度為1cd（堪德拉）的光源在1sr（立體弧度）的立體角內(nèi)放射的光通量為1lm。此處的sr為立體角的單位，表示從球面向球心截取的面積為半徑（r）的2次方（r2）的圓錐體的頂角。光強(qiáng)是表示光通量立體角密度的指標(biāo)。單位為cd。多在表示顯示用LED等的眩光時(shí)使用。其定義為：發(fā)射5401012Hz（波長(zhǎng)555nm）頻率單色光，在指定方向的光線發(fā)射強(qiáng)度為1/683W/sr的光源，在該方向的光強(qiáng)就定義為1cd。亮度是表示從光源及反射面和透射面等二次光源向觀測(cè)者發(fā)出的光的強(qiáng)度指標(biāo)。單位為cd/m2。與光通量一樣，是結(jié)合人眼的靈敏度表示的物理量。大多在表示液晶面板和PDP等顯示器畫面的亮度時(shí)使用。照度是表示

5、照射到平面上的光的亮度指標(biāo)。單位為lx（勒克司），有時(shí)也標(biāo)記為lm/m2。是指光源射向平面狀物體的光通量中，每單位面積的光通量。用于比較照明器具照射到平面上的明亮程度。光通量與照度和光強(qiáng)的關(guān)系光通量、光強(qiáng)、亮度和照度的關(guān)系簡(jiǎn)單歸納如下：光通量除以單位立體角等于光強(qiáng)；光通量除以單位面積等于照度，光強(qiáng)除以單位面積等于亮度。發(fā)光效率（luminousefficacy）評(píng)測(cè)光源效率的指標(biāo)，用光源發(fā)出的光通量（lm）與向光源輸入的電力（W）之比表示。單位為lm/W。發(fā)光效率只表示光源的效率，與將光源安裝到照明器具上后器具的整體效率（綜合效率）是不同的概念。發(fā)光效率是將外部量子效率用視覺(jué)靈敏度（人眼對(duì)光的

6、靈敏度）來(lái)表示的數(shù)值。外部量子效率是發(fā)射到HYPERLINK/Waferchip.htmLED芯片和封裝外的光子個(gè)數(shù)相對(duì)于流經(jīng)LED的電子個(gè)數(shù)（電流）所占的比例。組合使用藍(lán)色LED芯片和熒光體的白色LED的外部量子效率，是相對(duì)于內(nèi)部量子效率（在LED芯片發(fā)光層內(nèi)發(fā)生的光子個(gè)數(shù)占流經(jīng)LED芯片的電子個(gè)數(shù)（電流）的比例）、芯片的光取出效率（將所發(fā)的光取出到LED芯片之外的比例）、熒光體的轉(zhuǎn)換效率（芯片發(fā)出的光照到熒光體上轉(zhuǎn)換為不同波長(zhǎng)的比例）以及封裝的光取出效率（由LED和熒光體發(fā)射到封裝外的光線比例）的乘積決定。在發(fā)光層產(chǎn)生的光子的一部分或在LED芯片內(nèi)被吸收，或在LED芯片內(nèi)不停地反射，出不了

7、LED芯片。因此，外部量子效率比內(nèi)部量子效率要低。發(fā)光效率為100lm/W的白色LED，其輸入電力只有32作為光能輸出到了外部。剩余的68轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮堋＝窈?年將提高100lm/W發(fā)光效率在2003年之前一直以每年數(shù)lm/W的速度緩慢提高。在提高發(fā)光效率時(shí)，最初未改變熒光體和封裝，而是致力于改進(jìn)芯片技術(shù)。具體而言，進(jìn)行了諸如改善藍(lán)色LED芯片所使用的GaN類半導(dǎo)體結(jié)晶的HYPERLINK/info/search-mocvd.htmMOCVD結(jié)晶成長(zhǎng)技術(shù)等。從2004年開(kāi)始，發(fā)光效率以每年1020lm/W的速度提高。由此，從2004年的50lm/W到2008年的100lm/W，4年間提高了50lm

8、/W。這種速度的實(shí)現(xiàn)，借助了將原來(lái)聚集于成膜技術(shù)的芯片技術(shù)改進(jìn)擴(kuò)展至了整個(gè)LED制造工藝那樣的重大調(diào)整。另外，除了改進(jìn)芯片技術(shù)外，還開(kāi)始對(duì)熒光體進(jìn)行改善。68為熱損失對(duì)發(fā)光效率為100lm/W的白色LED的能源轉(zhuǎn)換進(jìn)行模擬的結(jié)果。白色LED實(shí)現(xiàn)了與熒光燈同等以上的發(fā)光效率，但只有輸入電力的32能作為光能輸出到外部。剩余的68轉(zhuǎn)變?yōu)榱藷崮?。該模擬為向直徑5mm的炮彈型白色LED輸入62mW電力時(shí)的結(jié)果。白色LED是通過(guò)組合使用藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體獲得的。今后，各LED廠商擬將把2008年實(shí)現(xiàn)的100lm/W發(fā)光效率，提高至2010年的140170lm，2011年提高至150200lm/W。

9、也就是說(shuō)，在發(fā)光效率上領(lǐng)先于新加入進(jìn)來(lái)的廠商的LED廠的目標(biāo)是，平均每年提高30lm/W以上，3年提高100lm/W。LED的發(fā)光效率的上限被認(rèn)為是250lm/W左右，各LED廠商正在挑戰(zhàn)能以何種程度逼近上限。為挑戰(zhàn)該上限，LED廠商正在全面導(dǎo)入最新的芯片技術(shù)、熒光體技術(shù)以及封裝技術(shù)。芯片技術(shù)方面，將繼續(xù)提高內(nèi)部量子效率和光取出效率。熒光體方面，除了提高變換效率外，還要采取措施降低因熒光體散射造成的衰減。封裝技術(shù)方面，要改善材料和構(gòu)造，以提高光取出效率。色溫（colortemperature）指用黑體（理論上可完全吸收外來(lái)光的虛擬物體）的溫度表示光的顏色的數(shù)值。單位為K（開(kāi)爾文）。黑體發(fā)出光的

10、波長(zhǎng)分布（色調(diào)）因溫度而異。色溫常用于表示熒光燈和白色LED的光色，及顯示器可顯示的白色的程度。一般來(lái)說(shuō)，色溫低時(shí)看上去發(fā)紅，色溫高時(shí)發(fā)青。以白色LED為例，結(jié)合使用藍(lán)色LED芯片和黃色熒光體的一般品種（平均演色性指數(shù)Ra為70以上）多為色溫在6000K以上的晝光色，而追加紅色熒光體等紅色光的燈泡色LED的色溫多在3000K以下。改進(jìn)與藍(lán)色LED芯片組合的熒光體的光色，還可獲得4000K以上和5000K以上等色溫。色溫可依照明器具的設(shè)置場(chǎng)所分別使用。例如，辦公室等最好設(shè)置與太陽(yáng)光接近、色溫較高的照明器具，而一般家庭和飯店等大多喜歡采用與白熾燈接近、色溫較低的照明器具。照度和色溫的變化最近，按照

11、一天內(nèi)的時(shí)間變化及季節(jié)進(jìn)行調(diào)光的產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)。例如，日本岡村制作所上市了使用LED進(jìn)行細(xì)微調(diào)整的照明系統(tǒng)。特點(diǎn)是具有可隨著人體生物鐘按照約一天周期有規(guī)律地改變照度和色溫的功能。預(yù)設(shè)了調(diào)光程序，對(duì)1年中每一天，可按照時(shí)間和季節(jié)的變化，使照度在400800lx范圍內(nèi)分5個(gè)階段、色溫在30005000K范圍內(nèi)分5個(gè)階段而變化。這樣便可按照人們?cè)缟闲褋?lái)、白天活動(dòng)、夜晚睡眠的自然環(huán)境進(jìn)行周期性調(diào)光。人們有了更加舒適的光照環(huán)境，能夠更有效地工作。演色性（colorrendition）指利用照明器具的光照射物體時(shí)，反映以何種程度再現(xiàn)了與自然光照射時(shí)相同顏色的指標(biāo)。一般情況下，多使用平均演色性指數(shù)（Ra）來(lái)表示

12、。平均演色性指數(shù)越接近100的光源，越能再現(xiàn)與自然光照射時(shí)相同的顏色。作為照明用途，普通家庭和辦公室室內(nèi)使用的照明器具的Ra為80以上、走廊等為70以上；美術(shù)館、物品檢驗(yàn)以及店鋪等注重演色性的用途，大多在90以上。用于照明的白色LED，大體分為低Ra和高Ra品種。演色性與發(fā)光效率具有此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，優(yōu)先考慮演色性，發(fā)光效率會(huì)降低2030。為此，出現(xiàn)了發(fā)光效率優(yōu)先和演色性優(yōu)先的不同品種。演色性高的光，其光譜接近自然光。也就是說(shuō)，發(fā)光強(qiáng)度相對(duì)于發(fā)光波長(zhǎng)的變化較??；而發(fā)光效率高的光，在人眼視覺(jué)靈敏度（人眼對(duì)光的靈敏度）高的領(lǐng)域（550nm附近的峰值），其發(fā)光峰值較大。例如，組合藍(lán)色LED芯片和黃色熒

13、光體得到的疑似白光的普通白色LED，其Ra只有70多。在其中添加紅色熒光體等即可將Ra提高到80以上。Ra超過(guò)90的白色LED則是出于使發(fā)光光譜的變化更加平滑的目的，而對(duì)藍(lán)色LED組合使用了綠色熒光體和紅色熒光體等。此外，對(duì)近紫外LED組合使用紅色、綠色和藍(lán)色等多種熒光體，可獲得Ra超過(guò)90的白色LED。高效率、高演色LED目前使用藍(lán)寶石底板的藍(lán)色LED和黃色熒光體等白色HYPERLINK/led封裝是主流，但三菱化學(xué)計(jì)劃通過(guò)組合采用m面-GaN底板的近紫外LED和紅/綠/藍(lán)色（RGB）熒光體來(lái)實(shí)現(xiàn)高效率、高演色的LED。Ra是對(duì)普遍存在的、有代表性的8種顏色的演色性指數(shù)（將待評(píng)測(cè)照明光源照射

14、物體時(shí)的顏色與基準(zhǔn)光源照射時(shí)的顏色相比較的值）的平均值。計(jì)算演色性指數(shù)的8種代表性顏色為：暗灰色、暗黃色、深黃綠色、黃綠色、淡藍(lán)綠色、淡藍(lán)色、淡紫色、紅紫色。調(diào)光（dimming）將光源發(fā)出的光調(diào)節(jié)為希望的亮度的做法。LED與白熾燈一樣，比熒光管更容易進(jìn)行微細(xì)調(diào)光。通過(guò)在點(diǎn)亮LED的電源電路中，改變輸入LED的電流大小和占空比（導(dǎo)通時(shí)間與截至?xí)r間之比）來(lái)調(diào)節(jié)亮度。如同利用滑線電阻調(diào)壓器調(diào)節(jié)白熾燈亮度一樣，LED照明也能實(shí)現(xiàn)所希望的亮度，目前已經(jīng)開(kāi)發(fā)出了具備調(diào)光功能的產(chǎn)品。除了埋入天花板等的LED照明器具外，HYPERLINK/LED.htmLED燈泡中也有利用遙控器進(jìn)行調(diào)光的產(chǎn)品。組合使用光傳

15、感器，根據(jù)外光的亮度自動(dòng)調(diào)光的LED照明器具也已經(jīng)面世。液晶面板的LED背照燈的調(diào)光是指，整體調(diào)節(jié)LED背照燈的發(fā)光，或者對(duì)背照燈進(jìn)行部分控制。通過(guò)根據(jù)液晶面板顯示的影像控制LED的發(fā)光，能夠在確保峰值亮度的同時(shí)，降低較暗部分的亮度。例如，東芝的“CHYPERLINK/EL.htmELLREGZA55X1”液晶電視配備了直下型白色LED背照燈。針對(duì)輸入影像對(duì)512個(gè)領(lǐng)域（1632）的LED發(fā)光情況分別進(jìn)行控制。通過(guò)使領(lǐng)域內(nèi)配備的多個(gè)白色LED以最大亮度發(fā)光，峰值亮度實(shí)現(xiàn)了1250cd/m2，影像顯示時(shí)的對(duì)比度實(shí)現(xiàn)了500萬(wàn)比1。光效下降現(xiàn)象（LEDdroop）光效下降現(xiàn)象是指，向芯片輸入較大電

16、力時(shí)LED的發(fā)光效率反而會(huì)降低的現(xiàn)象。作為有助于削減單位光通量成本的技術(shù)，各LED廠商都在致力于抑制光效下降現(xiàn)象。如果能抑制該現(xiàn)象，使用相同的芯片，在輸入較大的電力時(shí)會(huì)增加光通量。因此，可減少用于獲得相同光通量的芯片數(shù)，從而削減單位光通量的成本。美國(guó)飛利浦流明（PhilipsLumiledsLighting）等很早就開(kāi)始研究如何抑制光效下降現(xiàn)象。現(xiàn)在，日亞化學(xué)工業(yè)和德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體（OSRAMOptoSemiconductorsGmbH）等眾多LED廠商也開(kāi)始傾力研究。各LED廠商打算把在輸入電流1A，輸入功率3W時(shí)明顯出現(xiàn)光效下降現(xiàn)象的電流和功率的領(lǐng)域擴(kuò)大約3倍。抑制“光效下降現(xiàn)象”作為

17、削減單位光通量成本的方法，各LED廠商紛紛致力于抑制“光效下降現(xiàn)象”。各LED廠商均沒(méi)有公布光效下降現(xiàn)象的發(fā)生原理及其抑制方法的詳情。然而，有廠商透露，芯片的發(fā)熱及電流集中等若干參數(shù)與光效下降現(xiàn)象有關(guān)。例如，輸入較大電力時(shí)，芯片的光發(fā)生量增多，同時(shí)發(fā)熱也增多。這種發(fā)熱會(huì)使芯片內(nèi)部的量子效率惡化，從而導(dǎo)致光效下降現(xiàn)象。因此，有LED廠商認(rèn)為，為抑制光效下降現(xiàn)象，采用散熱性高的封裝構(gòu)造，即使輸入較大電力芯片溫度也不會(huì)上升的改進(jìn)會(huì)對(duì)抑制光效下降現(xiàn)象有效。另外，有觀點(diǎn)認(rèn)為，如果LED芯片內(nèi)的電流密度變大，就容易引發(fā)光效下降現(xiàn)象。量子阱（quantumwell）利用帶隙較寬的層夾住帶隙窄且極薄的層形成的

18、構(gòu)造。帶隙較窄的層的電勢(shì)要比周圍（帶隙較寬的層）低，因此形成了勢(shì)阱（量子阱）。在LED和半導(dǎo)體激光器中，量子阱構(gòu)造用于放射光的活性層。重疊多層量子阱的構(gòu)造被稱為多重量子阱（MQW：multiquantumwell）。藍(lán)色LED等是通過(guò)改良量子阱構(gòu)造等GaN類結(jié)晶層的構(gòu)造取得進(jìn)展的。GaN類LED在成為MIS（metal-insulatorsemiconductor）構(gòu)造，pn接合型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造，采用單一量子阱的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造以及采用多重量子阱的雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的過(guò)程中，其亮度和色純度得到了提高。采用MIS構(gòu)造的藍(lán)色LED在還沒(méi)有實(shí)現(xiàn)p型GaN膜時(shí)，就被廣泛開(kāi)發(fā)并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)品化。缺點(diǎn)是光強(qiáng)只有數(shù)百mcd

19、。p型GaN膜被造出來(lái)之后，采用pn接合型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的藍(lán)色LED得以實(shí)現(xiàn)。與MIS構(gòu)造相比，發(fā)光亮度達(dá)到了1cd，是前者的10倍左右。如果用多重量子阱構(gòu)造來(lái)取代pn接合型雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造，發(fā)光光度和色純度會(huì)進(jìn)一步提高（發(fā)光光譜的半值幅度變窄）。GaN類藍(lán)色HYPERLINK/Normal.htm發(fā)光二極管的構(gòu)造變遷（a）為采用MIS（metal-insulator-semiconductor）構(gòu)造的藍(lán)色LED。（b）為采用多重量子阱（MQW：multiquantumwell）構(gòu)造的藍(lán)色LED。雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造是指在LED和半導(dǎo)體激光器等中，在活性層的兩側(cè)設(shè)置了能隙比活性層還要大的包覆層的構(gòu)造?？色@得

20、將電子和空穴封閉在活性層內(nèi)的效果。所以發(fā)光元件采用雙異質(zhì)結(jié)構(gòu)造的話，可提高光輸出。另外，只在活性層的一側(cè)設(shè)置能隙較大的包覆層的構(gòu)造被稱為單異質(zhì)結(jié)。接合溫度（junctiontemperature）半導(dǎo)體元件內(nèi)部的溫度。在LED中是指芯片內(nèi)發(fā)光層（pn結(jié)間設(shè)置多重量子阱構(gòu)造的位置）的溫度。LED芯片的發(fā)光層在點(diǎn)亮?xí)r溫度會(huì)上升。一般情況下，接合溫度越高，發(fā)光效率就越低。LED隨著輸入電流的增加盡管光通量會(huì)提高，但發(fā)熱量會(huì)變大。由此會(huì)出現(xiàn)發(fā)光層的溫度（接合溫度）升高而使發(fā)光效率降低，功耗增加，從而使接合溫度進(jìn)一步上升的惡性循環(huán)。通過(guò)降低LED芯片封裝及該封裝安裝底板的熱阻，使芯片產(chǎn)生的熱量得以散發(fā)，

21、避免接合溫度上升等改進(jìn)，可以提高亮度。接合溫度為：熱阻輸入電力+環(huán)境溫度，因此如果提高接合溫度的最大額定值，即使環(huán)境溫度非常高，LED也能正常工作。例如，在白色LED中，有的LED芯片品種的可容許接合溫度最高達(dá)到+185。接合溫度可因LED的點(diǎn)亮方式而大為不同。例如，脈沖驅(qū)動(dòng)（向LED輸入斷續(xù)電流驅(qū)動(dòng)，間歇點(diǎn)亮）LED時(shí)，接合溫度就不容易上升，而連續(xù)驅(qū)動(dòng)（向LED輸入穩(wěn)定電流驅(qū)動(dòng)，連續(xù)點(diǎn)亮）LED，接合溫度就容易上升。芯片蓄熱的話光強(qiáng)就會(huì)降低白色LED配備的LED芯片的發(fā)光層在點(diǎn)燈過(guò)程中溫度會(huì)上升。一般情況下，如果被稱為接合溫度的發(fā)光層部分的溫度上升，發(fā)光效率就會(huì)降低，即使輸入電力也不亮。通過(guò)

22、降低LED芯片封裝和封裝底板的熱阻，散發(fā)芯片上產(chǎn)生的熱量，設(shè)法使接合溫度不上升，能夠使發(fā)光更亮如果使用提高了接合溫度最大額定值的LED芯片，在安裝使用時(shí)能夠獲得很多優(yōu)點(diǎn)。例如，由于增加了輸入電力，可提高輸出功率。還可以縮小底板的散熱片等?；╯ubstrate）LED和半導(dǎo)體激光器等的發(fā)光部分的半導(dǎo)體層，是在基片上生長(zhǎng)結(jié)晶而成。采用的基片根據(jù)LED的發(fā)光波長(zhǎng)不同而區(qū)分使用。如果是藍(lán)色LED和白色LED等GaN類半導(dǎo)體材料的LED芯片，則使用藍(lán)寶石、SiC和Si等作為基片，如果是紅色LED等采用AlInGaP類材料的LED芯片，則使用GaAs等作為基片。因LED發(fā)光波長(zhǎng)而使用不同基片的原因是為

23、了選擇與LED發(fā)光部分半導(dǎo)體結(jié)晶的晶格常數(shù)盡量接近的晶格常數(shù)的廉價(jià)基片材料。這樣做晶格常數(shù)的差距（晶格失配）就會(huì)縮小，在半導(dǎo)體層中阻礙發(fā)光的結(jié)晶缺陷的可能性就會(huì)減少。而且能降低LED芯片的單價(jià)。另外，藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器等電流密度和光輸出密度較大的元件，則采用昂貴的GaN基片。GaN基片還用于部分藍(lán)色LED。底板剝離方法示例歐司朗的做法是在藍(lán)寶石底板上形成GaN類結(jié)晶層，粘帖金屬反射膜，然后再粘帖作為支持底板的Ge晶圓。之后，利用激光照射溶解掉GaN類結(jié)晶層與藍(lán)寶石底板的界面部分，剝離藍(lán)寶石底板。近年來(lái)，為了增加從LED芯片中提取光線，在基片上形成半導(dǎo)體結(jié)晶層后，將基片張貼到其他基片上的技術(shù)已經(jīng)

24、實(shí)用化。在粘貼到其他基片上時(shí)，與半導(dǎo)體結(jié)晶層之間的界面上設(shè)置了光的反射層。反射層具有反射發(fā)光層朝向基片側(cè)的光線，將其提取到LED表面?zhèn)鹊男Ч?。除了已用于紅色LED外，最近藍(lán)色LED等GaN類半導(dǎo)體LED芯片也擴(kuò)大了采用。采用GaN類半導(dǎo)體材料的LED還有不張貼基片，使之保持剝離狀態(tài)的方法。這些方法在外形尺寸較大的LED芯片上較為有效。大尺寸芯片存在著芯片內(nèi)發(fā)生的光射出芯片外時(shí)的光徑變長(zhǎng)，導(dǎo)致光在這一過(guò)程中發(fā)生衰減的問(wèn)題。該問(wèn)題可通過(guò)張貼基片解決。外延生長(zhǎng)（epitaxialgrowth）在基片上生長(zhǎng)結(jié)晶軸相互一致的結(jié)晶層的技術(shù)。用于制作沒(méi)有雜質(zhì)和缺陷的結(jié)晶層。包括在基片上與氣體發(fā)生反應(yīng)以積累結(jié)

25、晶層的VPE（氣相生長(zhǎng)）法、以及與溶液相互接觸以生長(zhǎng)結(jié)晶相的LPE（液相生長(zhǎng)）法等。藍(lán)色LED、白色LED以及藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器等GaN類發(fā)光元件一般采用VPE法之一的MOCVD（MetalOrganicChemicalVaporDeposition）法進(jìn)行生產(chǎn)。MOCVD采用有機(jī)金屬氣體等作為原料。藍(lán)色LED在藍(lán)寶石基片和SiC基片上，藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器在GaN基片上使用MOCVD裝置使得GaN類半導(dǎo)體層形成外延生長(zhǎng)。“404專利”的內(nèi)容中村修二提出專利權(quán)歸屬問(wèn)題而進(jìn)行訴訟的“404專利”，是將原料氣體封入藍(lán)寶石底板表面附近的方式之一。在生長(zhǎng)GaN類半導(dǎo)體膜的底板（藍(lán)寶石底板等）表面沿水平方

26、向通入原料氣體，同時(shí)為了將原料氣體固定在底板表面，沿垂直方向向底板表面通入非活性氣體。中村修二就其在日亞化學(xué)工業(yè)工作時(shí)所發(fā)明專利的“正當(dāng)價(jià)格”與日亞化學(xué)工業(yè)展開(kāi)的訴訟中所涉及的GaN類發(fā)光元件專利（專利第2628404號(hào)，以下稱404專利）就是外延生長(zhǎng)GaN類半導(dǎo)體層技術(shù)的相關(guān)專利。404專利是與在藍(lán)寶石基片表面附近封入原料氣體的技術(shù)。其特點(diǎn)是，在生長(zhǎng)GaN類半導(dǎo)體膜的基片（藍(lán)寶石基片等）表面沿水平方向通入原料氣體，同時(shí)為了將原料氣體固定在基片表面，還沿垂直方向向基片表面通入非活性氣體。GaN（galliumnitride）由鎵（Ga）和氮（N）構(gòu)成的化合物半導(dǎo)體。帶隙為3.45eV（用光的波

27、長(zhǎng)表示相當(dāng)于約365nm），比硅（Si）要寬3倍。利用該特性，GaN主要應(yīng)用于光元件。通過(guò)混合銦（In）和鋁（Al）調(diào)整帶隙，所獲得的led和藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器等發(fā)光元件已經(jīng)實(shí)用化。GaN由于帶隙較寬，可產(chǎn)生藍(lán)色和綠色等波長(zhǎng)較短的光。藍(lán)色LED和藍(lán)紫色半導(dǎo)體激光器，采用了在GaN中添加In形成的InGaN。除了帶隙較寬以外，GaN還具有絕緣破壞電場(chǎng)高、電場(chǎng)飽和速度快、導(dǎo)熱率高等半導(dǎo)體材料的優(yōu)異特性。另外，采用HEMT（HighELectronMobilityTransistor）構(gòu)造的GaN類半導(dǎo)體元件，其載流子遷移率較高，適合用作高頻元件。原因是會(huì)產(chǎn)生名為“二維電子氣體層”的電子高速流動(dòng)領(lǐng)域

28、。而且，由于絕緣破壞電場(chǎng)要比Si和GaAs大，耐壓較高，可施加更高的電壓。因此，在手機(jī)基站等高頻功率放大器電路中采用GaN類HEMT的話，能夠提高電力附加效率，降低耗電。最近，GaN作為逆變器及變壓器等電力轉(zhuǎn)換器使用的功率元件也極受期待。原因是與Si功率元件相比，GaN類功率元件可大幅降低電力損失。由于絕緣破壞電場(chǎng)較高，能夠通過(guò)減薄元件降低導(dǎo)通電阻，從而降低導(dǎo)通損失。GaN類功率元件還有助于實(shí)現(xiàn)電力轉(zhuǎn)換器的小型化。原因是與Si功率元件相比，GaN類功率元件能夠以高開(kāi)關(guān)頻率工作，可縮小周邊部件的尺寸。另外，由于導(dǎo)熱率高，還可縮小冷卻機(jī)構(gòu)。鑒于上述優(yōu)點(diǎn)，從事服務(wù)器、混合動(dòng)力車和電動(dòng)汽車以及白色家電

29、業(yè)務(wù)的廠商等非常關(guān)注GaN類功率元件。據(jù)悉，2011年GaN類功率元件將有望配備于服務(wù)器電源。倒裝芯片安裝（flip-chipbonding）在底板上直接安裝芯片的方法之一。連接芯片表面和底板時(shí)，并不是像引線鍵合一樣那樣利用引線連接，而是利用陣列狀排列的，名為焊點(diǎn)的突起狀端子進(jìn)行連接。與引線鍵合相比，可減小安裝面積。另外，由于布線較短，還具有電特性優(yōu)異的特點(diǎn)。主要用于對(duì)小型和薄型具有較高要求的便攜產(chǎn)品電路以及重視電特性的高頻電路等。另外為了將芯片發(fā)出的熱量容易地傳遞到底板上，需要解決發(fā)熱問(wèn)題的LED也有采用這種安裝技術(shù)的。將LED芯片收納于封裝中時(shí)如果采用倒裝芯片技術(shù)，發(fā)光層（發(fā)熱源）距離封裝

30、一側(cè)就較近。因此，容易將LED芯片的熱量散發(fā)到封裝側(cè)。另外，采用倒裝芯片安裝方法安裝LED芯片的話，發(fā)光層的光射出外部時(shí)不會(huì)受到電極的遮蔽。尤其是采用藍(lán)寶石底板的藍(lán)色LED等只在LED芯片一面設(shè)置電極的產(chǎn)品，其效果更為明顯。通過(guò)倒裝芯片安裝的LED的發(fā)光效率，與采用引線鍵合的安裝相比，可提高數(shù)十。用于LSI時(shí)可削減芯片面積倒裝芯片安裝多用于LSI。原因是由于芯片整體擁有輸入輸出（I/O）端子，由此可縮小芯片面積。以前，采用通常使用的引線鍵合方法時(shí)，I/O端子在芯片周圍，為了備齊所需的I/O數(shù)量，必須擴(kuò)大芯片面積。倒裝芯片安裝方法無(wú)需引線的布線空間，所以可縮小封裝。另外還能降低電源噪聲，布線電感

31、以及由電阻引起的電力損失。采用倒裝芯片提高光提取效率通過(guò)將位于發(fā)光層下部的藍(lán)寶石底板設(shè)置在上部，提高了光提取效率。標(biāo)準(zhǔn)芯片大型芯片（regularchip/largechip）藍(lán)色LED和白色LED的標(biāo)準(zhǔn)芯片是收納于封裝內(nèi)的LED芯片，大體上一邊的尺寸為200300m。形狀因用途而異，有正方形和長(zhǎng)方形等。例如，小型液晶面板背照燈光源使用的白色LED大多配備長(zhǎng)方形的藍(lán)色LED芯片。相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)芯片，還有尺寸在1mm見(jiàn)方，面積為標(biāo)準(zhǔn)芯片10倍的大型芯片。另外，尺寸介于大型芯片和標(biāo)準(zhǔn)芯片之間，稱為“中型”的芯片也日漸增多。以前，輸入功率超過(guò)1W的照明器具和大型背照燈用LED不使用標(biāo)準(zhǔn)芯片，而使用大型芯

32、片。但最近安裝多個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芯片以提高亮度的方法（多芯片型）越來(lái)越引人注目。目前在照明用途中，從最常用的輸入功率1W級(jí)的品種，到輸入功率超過(guò)10W品種的多芯片型均告實(shí)現(xiàn)，與采用大尺寸芯片的方法展開(kāi)了競(jìng)爭(zhēng)。LED燈泡也開(kāi)始采用多芯片型，例如東芝照明技術(shù)2010年1月發(fā)布的產(chǎn)品，就采用了將56個(gè)標(biāo)準(zhǔn)芯片集成于一個(gè)封裝的白色LED。通過(guò)重疊多個(gè)芯片減少特性不均大輸出功率白色LED的實(shí)現(xiàn)方法包括使用1mm見(jiàn)方的大尺寸藍(lán)色LED芯片的方法，以及將多個(gè)約0.3mm見(jiàn)方的小尺寸藍(lán)色LED芯片收納于一個(gè)封裝內(nèi)的方法。使用多個(gè)小尺寸LED芯片，即使封裝內(nèi)的藍(lán)色LED芯片的發(fā)光特性不均，由于每個(gè)芯片的發(fā)光光譜疊加，所以

33、不同封裝之間不容易出現(xiàn)特性偏差。多芯片型和大型芯片各有利弊。從照明器具廠商和用戶等使用方的角度來(lái)看，多芯片型的優(yōu)點(diǎn)是白色LED間的色差較少，散熱面廣。LED芯片目前仍存在發(fā)光波長(zhǎng)不均的現(xiàn)象。通過(guò)使用多個(gè)芯片，可使發(fā)光波長(zhǎng)平均化，降低各個(gè)LED封裝間的波長(zhǎng)不均現(xiàn)象。此外還具有如下優(yōu)點(diǎn)：因LED芯片分散于封裝內(nèi)，不容易發(fā)生熱集中現(xiàn)象，由于散熱性好，可輕松控制溫度上升。光學(xué)設(shè)計(jì)（opticaldesign）LED的用途包括指示器、液晶面板背照燈、照明器具以及前照燈等，范圍極廣。對(duì)白色LED的發(fā)光特性要求呈現(xiàn)出多樣化趨勢(shì)。另外，LED是點(diǎn)光源，而且具有指向性較強(qiáng)的特點(diǎn)。要想滿足廣泛的用途要求，需要根據(jù)

34、LED的這些特點(diǎn)，采用透鏡等光學(xué)部件，將屬于點(diǎn)光源且指向性強(qiáng)的LED光線轉(zhuǎn)變?yōu)樗谕鈱W(xué)特性的光學(xué)設(shè)計(jì)必不可少。光學(xué)設(shè)計(jì)將為L(zhǎng)ED增添價(jià)值。日美歐的LED廠商正在瞄準(zhǔn)背照燈，車載設(shè)備以及照明產(chǎn)品等新興市場(chǎng)擴(kuò)大業(yè)務(wù)范圍。在新興市場(chǎng)上，與光學(xué)部件的組合使用，面向產(chǎn)品的安裝方法，產(chǎn)品整體的配光控制等越來(lái)越重要。LED廠商的目標(biāo)是涉足這些領(lǐng)域，提高產(chǎn)品的附加值。在照明用途領(lǐng)域，要想接近所期望的光學(xué)設(shè)計(jì)，不但要準(zhǔn)備放射角各異的多種產(chǎn)品，LED廠商還在很多方面下了工夫。例如，德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體實(shí)現(xiàn)了多種透鏡的使用。備有不同形式的高輸出功率白色LED和透鏡，將放射角各異的透鏡與白色LED相結(jié)合。在白色LE

35、D的封裝上開(kāi)孔，以插入帶有凸起的透鏡。這樣一來(lái)，白色LED的放射面和透鏡的光軸便可輕松結(jié)合在一起，而且一旦結(jié)合在一起，光軸就不會(huì)錯(cuò)位。面向新市場(chǎng)擴(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域日美歐的LED廠商欲瞄準(zhǔn)背照燈、車載設(shè)備以及照明產(chǎn)品等新市場(chǎng)擴(kuò)大業(yè)務(wù)領(lǐng)域。在新市場(chǎng)上，與光學(xué)部件的組合使用、面向產(chǎn)品的安裝方法以及產(chǎn)品整體的配光控制越來(lái)越重要。LED廠商的目標(biāo)是涉足這些領(lǐng)域，提高產(chǎn)品的附加值。在液晶面板背照燈用途方面，在進(jìn)行光學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，與LED組合使用以獲得均勻的面發(fā)光的光學(xué)部件變得越來(lái)越重要。散熱（thermaldesign）LED由于發(fā)光部較小，為局部熱源，因此必須充分考慮對(duì)該部分的散熱對(duì)策。LED亮度和壽命受溫

36、度影響會(huì)發(fā)生大幅變化，因此如果散熱設(shè)計(jì)不完善，就無(wú)法獲得期望的特性。LED的溫度上升，正向電壓就會(huì)降低，不但會(huì)導(dǎo)致發(fā)光效率惡化，還會(huì)縮短壽命。照明器具和汽車車燈采用多個(gè)白色LED，使用了手機(jī)背照燈數(shù)百倍的光通量。為了增大電流，亮度越亮，就越需要采取各種散熱對(duì)策。溫度容易升高的高功率產(chǎn)品，其封裝也需要采用具有耐熱性的貴重材料，因此還會(huì)導(dǎo)致成本增加。也就是說(shuō)，散熱是關(guān)系到效率、成本和壽命等多個(gè)方面的重要因素。LED散熱主要是根據(jù)熱傳導(dǎo)原理傳遞熱量。因此，其構(gòu)造為通過(guò)向多種材料傳遞熱量，逐步擴(kuò)大受熱面積，最終向空氣中散熱。傳遞途中存在多種固體材料，材料間存在接觸部分。由于固體與固體的接觸面上存在的微

37、小凹凸以及面的彎曲等，中間會(huì)產(chǎn)生縫隙，導(dǎo)致出現(xiàn)熱阻現(xiàn)象。如何抑制熱阻現(xiàn)象的出現(xiàn)是提高LED整體導(dǎo)熱性的關(guān)鍵。熱傳導(dǎo)材料方面，具有熱擴(kuò)散作用的材料尤為重要。充分利用將點(diǎn)的發(fā)熱擴(kuò)大到面的材料，使元件整體保持均勻的溫度。簡(jiǎn)而言之，熱源與其周邊幾乎沒(méi)有溫差的狀態(tài)是LED構(gòu)造中最為理想的。芯片封裝印刷底板巧妙散發(fā)熱量要提高使用LED的產(chǎn)品的散熱性，必須將受電力輸入影響而溫度上升的LED芯片的熱量充分導(dǎo)出。為此，在降低從芯片到封裝的熱阻的基礎(chǔ)上，還要降低從封裝至印刷布線底板的熱阻，為了散發(fā)印刷布線底板的熱量，最后還要準(zhǔn)備一條將芯片熱量順利散發(fā)到空氣中的通道。利用散熱片和散熱管防止LED燈過(guò)熱豐田汽車的“雷

38、克薩斯LS600h”上配備的LED前照燈為了防止白色LED燈過(guò)熱，在各燈的背面設(shè)置了散熱片（a）。為了能更有效地散熱，還設(shè)置了散熱管，預(yù)防燈殼過(guò)熱（b）。通過(guò)這些措施，即使不使用基于冷卻扇的強(qiáng)制空冷，也可為白色LED燈散熱。隨著高輸出功率封裝的采用不斷增加，近來(lái)，LED照明器具大多在印刷底板中使用金屬底板。不過(guò)，即便是金屬底板，確保充分散熱還是越來(lái)越困難。對(duì)此，散熱性高的新構(gòu)造底板方案被提了出來(lái)。例如，電氣化學(xué)工業(yè)研究的“AGSP底板”采用在熱傳導(dǎo)較高的絕緣樹(shù)脂中嵌入Cu突起，將LED的熱量經(jīng)由Cu突起散發(fā)到安裝面的另一側(cè)。如果讓散熱片和外殼能夠接觸，即可實(shí)現(xiàn)有效散熱。該公司表示，如果是相當(dāng)于

39、40W白熾燈的LED，采用金屬底板即可充分散熱，但如果安裝的是相當(dāng)于100W白熾燈的LED，還是AGSP底板更有效。Cu突起的直徑相對(duì)于LED芯片可實(shí)現(xiàn)足夠大的4mm左右。散熱性優(yōu)異的AGSP底板由電氣化學(xué)工業(yè)與大和工業(yè)開(kāi)發(fā)。右為安裝LED封裝的示例。經(jīng)由Cu突起將LED元件的熱量散發(fā)到底板里側(cè)。此外，作為高輸出功率LED用底板，還有在熱傳導(dǎo)率較高的AlN板上印刷Ag膏的陶瓷底板。封裝材料（packagingmaterials）將LED芯片安裝到封裝中時(shí)，為了將LED芯片發(fā)出的光提取到封裝外部，封裝的一部分或者大部分采用透明材料。透明材料使用的是環(huán)氧樹(shù)脂和硅樹(shù)脂，最近還在開(kāi)發(fā)玻璃材料。環(huán)氧樹(shù)脂

40、用于作為指示器和小型液晶面板背照燈光源使用的、輸出功率較小的LED。而硅樹(shù)脂則用于輸出功率較大的LED。硅樹(shù)脂與環(huán)氧樹(shù)脂相比，可抑制材質(zhì)劣化后光透射率的下降速度。用于照明器具和大尺寸液晶面板背照燈等的高輸出功率產(chǎn)品幾乎全部采用基于硅樹(shù)脂的封裝技術(shù)。針對(duì)波長(zhǎng)為400nm450nm的光，環(huán)氧樹(shù)脂最多會(huì)吸收數(shù)，而硅樹(shù)脂還不到1。樹(shù)脂的劣化速度也相對(duì)緩慢。有LED廠商稱，采用環(huán)氧樹(shù)脂的話，到達(dá)亮度減半時(shí)的壽命最多為1萬(wàn)小時(shí)，而采用硅樹(shù)脂，亮度減半所需的時(shí)間延長(zhǎng)到了4萬(wàn)小時(shí)。順便提一下，4萬(wàn)小時(shí)的元件壽命與照明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命相同，因此照明產(chǎn)品的設(shè)計(jì)壽命期間無(wú)需更換白色LED。采用硅樹(shù)脂作為封裝材料，使用

41、一萬(wàn)小時(shí)也幾乎不會(huì)發(fā)生劣化大輸出功率白色LED中，如果LED芯片的封裝材料使用硅樹(shù)脂，400nm左右的光的透射率比環(huán)氧樹(shù)脂高，而且點(diǎn)亮一萬(wàn)小時(shí)后亮度也幾乎不會(huì)發(fā)生劣化（a）。另一方面，由于環(huán)氧樹(shù)脂吸收短波長(zhǎng)的光，材質(zhì)劣化導(dǎo)致透射率下降，因此亮度明顯降低（b）。采用玻璃材料，其劣化抑制效果比硅樹(shù)脂還要高。豐田合成等著手進(jìn)行了研究，在陶瓷底板上設(shè)置金（Au）突起，在其上面安裝藍(lán)色LED芯片，然后利用混合了黃色熒光體的無(wú)機(jī)玻璃材料封裝藍(lán)色LED芯片整體。由于全部由無(wú)機(jī)材料構(gòu)成，因此可靠性較高。熒光體（fluorescentmaterials）在藍(lán)色LED和近紫外LED等LED元件中，為了獲得白色光等

42、LED芯片本身發(fā)光色以外的光，需要使用熒光體。為形成白色LED而與藍(lán)色LED芯片組合使用的熒光體包括，黃色熒光體、黃色熒光體與紅色熒光體的組合、以及綠色熒光體與紅色熒光體的組合等在藍(lán)色LED和近紫外LED等LED元件中，為了獲得白色光等LED芯片本身發(fā)光色以外的光，需要使用熒光體。為形成白色LED而與藍(lán)色LED芯片組合使用的熒光體包括，黃色熒光體、黃色熒光體與紅色熒光體的組合、以及綠色熒光體與紅色熒光體的組合等。熒光體材料包括YAG（釔鋁石榴石）系、TAG（鋱鋁石榴石）系、SiAlON系以及BOS（原硅酸鋇）系等。利用藍(lán)色LED芯片和熒光體構(gòu)成白色LED時(shí)，一般采用（1）將熒光體與樹(shù)脂材料混合

43、，覆蓋到藍(lán)色LED芯片上；（2）將混合了熒光體的膜貼到藍(lán)色LED芯片上；（3）在藍(lán)色LED芯片的發(fā)光面上直接涂布熒光體等方法。其中（1）的方法最為常用。最近比較引人關(guān)注的是方法（3）。如果采用在LED芯片上直接涂布熒光體的構(gòu)造，則只有LED芯片表面部分存在熒光體。由此，通過(guò)芯片表面部分后的光不會(huì)由于熒光體而發(fā)生漫射現(xiàn)象。另外，還能從同一個(gè)面上放射藍(lán)色和黃色光。尤其是組合使用透鏡時(shí)，具有可獲得非常完美的配光等優(yōu)點(diǎn)。德國(guó)歐司朗光電半導(dǎo)體等采用的就是該方法。抑制熒光體的光漫射由日本電氣化學(xué)工業(yè)與大和工業(yè)開(kāi)發(fā)。右為安裝LED封裝的示例。經(jīng)由Cu突起將LED元件將熒光體直接涂布到芯片上的構(gòu)造與采用原有構(gòu)

44、造但改變熒光體粒子大小的方法進(jìn)行的比較。以前在封裝LED芯片時(shí)，采用的是在安裝到LED芯片表面的透明硅樹(shù)脂中混合熒光體的方法。采用該方法，根據(jù)熒光體發(fā)生變化的光波在遇到其他熒光體時(shí)會(huì)發(fā)生漫射。在反復(fù)發(fā)生漫射的過(guò)程中，會(huì)導(dǎo)致光衰減。白色LED（whitelightemittingdiodes）白色LED指將多種不同波長(zhǎng)的光疊加輸出白色光線的二極管。主要用于液晶面板的背照燈光源、照明光源、霓虹燈、指示器光源以及汽車前照燈光源等，應(yīng)用范圍較廣。由于耗電量低且壽命長(zhǎng)，因此可代替熒光管和白熾燈成為新一代光源而備受期待。白色LED中，加強(qiáng)紅色調(diào)，發(fā)光顏色與白熾燈相似的品種稱為燈泡色LED。從2008200

45、9年前后開(kāi)始，發(fā)光效率超過(guò)80lm/W和100lm/W的白色LED相繼面世，實(shí)際使用時(shí)的光利用效率超過(guò)了熒光燈。由此照明用白色LED的可能性一舉提高。LED廠商和LED照明的業(yè)界團(tuán)體，已經(jīng)制定了今后進(jìn)一步提高高輸出功率產(chǎn)品的發(fā)光效率的發(fā)展藍(lán)圖。白色LED單位亮度的價(jià)格在逐年降低。例如與熒光燈相比，獲得1lm光通量的光源價(jià)格，2005年時(shí)白色LED約高出100倍，但LED廠商通過(guò)增加生產(chǎn)設(shè)備，提高成品率，將單位亮度的價(jià)格現(xiàn)在控制在了熒光燈的2倍以內(nèi)。將藍(lán)色LED等與熒光材料相組合白色光的實(shí)現(xiàn)方法大體分為三種。第一，用藍(lán)色LED芯片發(fā)出的光線照射熒光體得到白色光。第二，將近紫外LED芯片發(fā)出的光線

46、照射多種熒光材料使得光線混合成白色。第三，使R(紅色)，G（藍(lán)色），B（藍(lán)色）三色LED同時(shí)發(fā)光混色而成。不斷提高的白色LED效率日亞化學(xué)工業(yè)的量產(chǎn)白色LED的發(fā)光效率變化圖。包括脈沖發(fā)光產(chǎn)品在內(nèi)。其中的主流方法是利用藍(lán)色LED芯片的白色LED。熒光材料包括采用黃色熒光材料、在黃色熒光體中加入紅色熒光體的材料、以及組合了綠色熒光體和紅色熒光體的材料等。例如使用黃色熒光體時(shí)，用藍(lán)色光的一部分照射熒光體，輸出黃色光，再混合藍(lán)色和黃色而獲得白色光。此時(shí)，紅色光較弱，所以只能得到近似白色光；由于色溫較高，因此形成的是藍(lán)白光（色溫較高的光）。這一問(wèn)題可通過(guò)使用紅色熒光體減輕。如果進(jìn)一步加強(qiáng)紅色熒光體發(fā)的

47、光，就會(huì)形成與白熾燈相接近的光（燈泡色LED）。另外，利用近紫外LED芯片的白色LED，其發(fā)光光譜更容易接近自然光。藍(lán)色LED指藍(lán)色發(fā)光二極管。發(fā)光波長(zhǎng)的中心為470nm前后。用于照明器具和指示器等藍(lán)色顯示部分的光源、LED顯示屏的藍(lán)色光源以及液晶面板的背照燈光源等。與熒光體材料組合使用可得到白色光。目前的白色LED一般采用藍(lán)色LED與熒光材料相組合的構(gòu)造。藍(lán)色LED得以廣泛應(yīng)用的契機(jī)，是日亞化學(xué)工業(yè)于1993年12月在業(yè)內(nèi)首次開(kāi)發(fā)出了光強(qiáng)達(dá)1cd以上的品種。而在此之前，還沒(méi)有藍(lán)色純度較高且具有實(shí)用光強(qiáng)的LED。因此，采用LED的大尺寸顯示屏無(wú)法實(shí)現(xiàn)全彩顯示。藍(lán)色LED的材料使用氮化鎵（GaN

48、）類半導(dǎo)體。以前曾盛行用硒化鋅（ZnSe）類半導(dǎo)體開(kāi)發(fā)藍(lán)色LED，但自從1993年12月采用GaN類半導(dǎo)體的高亮度藍(lán)色LED被開(kāi)發(fā)出來(lái)后，藍(lán)色LED的主流就變成了采用GaN類半導(dǎo)體的產(chǎn)品。羅姆的藍(lán)色LED的發(fā)光情景。藍(lán)色LED的構(gòu)造為，在藍(lán)寶石或者SiC底板等的表面上，重疊層積氮化鋁（AlN）半導(dǎo)體層和GaN類半導(dǎo)體層。在稱為活性層、發(fā)藍(lán)色光的部分設(shè)置了使p型GaN類半導(dǎo)體層和n型GaN類半導(dǎo)體層重疊的構(gòu)造。pn結(jié)是制作高亮度LED所必須采用的構(gòu)造。在使用GaN以外材料的紅色等LED中，pn結(jié)很早以前就是主流構(gòu)造。而在1993年高亮度藍(lán)色LED面世之前，采用GaN類材料難以實(shí)現(xiàn)pn結(jié)。原因是制

49、成n型GaN類半導(dǎo)體層雖較為簡(jiǎn)單，但p型GaN系半導(dǎo)體層的制作則較為困難。之后，通過(guò)對(duì)在p型GaN類半導(dǎo)體層和n型GaN類半導(dǎo)體層之間配置的GaN類半導(dǎo)體層采用多重量子阱構(gòu)造，并進(jìn)一步改善GaN類半導(dǎo)體層的質(zhì)量，光強(qiáng)獲得了大幅提高。綠色LED發(fā)射綠光的二極管。發(fā)光中心波長(zhǎng)在560nm左右。用于霓虹燈和指示器、LED顯示器的光源以及液晶面板的背照燈光源等。綠色LED與紅色LED及藍(lán)色LED相比，被認(rèn)為尚有較大的改進(jìn)余地。組合紅色LED、綠色LED和藍(lán)色LED構(gòu)成LED顯示器或液晶面板的背照燈光源時(shí)，為了調(diào)制成亮度高且均衡的白色，考慮到人眼的視覺(jué)靈敏度，RGB三色LED光量的分配比例需為約3:6:

50、1或者約3:7:1。因綠色LED的亮度不足，因此必須使用多個(gè)綠色LED來(lái)提高輸出功率。綠色LED主要使用的GaN類半導(dǎo)體材料比用于藍(lán)色LED時(shí)的效率低，輸入相同的電力，光輸出功率較低。這種狀況開(kāi)始出現(xiàn)改觀。日本國(guó)內(nèi)外的大學(xué)和LED芯片廠商等已開(kāi)始著手研究通過(guò)改變GaN結(jié)晶的成長(zhǎng)面，來(lái)大幅提高效率。如果GaN類半導(dǎo)體的結(jié)晶面得以改變，有可能會(huì)將綠色LED的效率提高至目前的2倍以上。目前銷售的GaN類半導(dǎo)體綠色LED效率低下的原因主要在于壓電場(chǎng)。壓電場(chǎng)是指因結(jié)晶構(gòu)造的應(yīng)力而導(dǎo)致的壓電極化所產(chǎn)生的電場(chǎng)。市場(chǎng)上銷售的綠色LED多是以GaN結(jié)晶的極性面c面（0001）為成長(zhǎng)面，以其法線方向（c軸）為成長(zhǎng)

51、軸的層積GaN類半導(dǎo)體層等。通過(guò)改變成長(zhǎng)軸來(lái)減弱壓電極化，以與GaN類結(jié)晶的c面垂直的稱為a面或m面的非極性面，或者相對(duì)于c面傾斜的半極性面為成長(zhǎng)面，以每個(gè)面的法線方向?yàn)槌砷L(zhǎng)軸的綠色LED的研究非?；钴S。紅色LED發(fā)射紅光的二極管。發(fā)光中心波長(zhǎng)在620630nm左右。主要用于霓虹燈、指示器、汽車尾燈和信號(hào)機(jī)等中的紅色顯示部分的光源、LED顯示器的紅色光源以及液晶面板的背照燈光源等，應(yīng)用范圍廣泛。目前，紅色LED的主流材料是AlInGaP化合物半導(dǎo)體。AlInGaP因使用Al，Ga，In和P這4種元素，所以稱為4元材料。在LED領(lǐng)域4元材料一般就是指AlInGaP。不僅僅是紅色，AlInGaP還

52、涵蓋了從紅色到黃色的波長(zhǎng)范圍。進(jìn)入20世紀(jì)90年代后AlInGaP的亮度迅速增加。這是由于以MOCVD法為代表的氣相外延成長(zhǎng)技術(shù)取得進(jìn)步，結(jié)晶的質(zhì)量得以提高的結(jié)果。而在AlInGaP面世以前，GaAs類半導(dǎo)體為主流材料。采用的是液相外延成長(zhǎng)技術(shù)。羅姆的紅色LED的發(fā)光情景紅色LED與藍(lán)色LED及綠色LED相比，驅(qū)動(dòng)電壓和溫度特性有所不同。這是因?yàn)榘雽?dǎo)體材料不同，紅色LED采用AlInGaP，而藍(lán)色LED和綠色LED采用GaN類材料。驅(qū)動(dòng)電壓（正向電壓）方面，紅色LED為2V以上，而藍(lán)色LED和綠色LED為3V以上。溫度特性方面，紅色LED的輸出功率會(huì)因溫度影響而發(fā)生較大的變化，高溫時(shí)輸出功率的

53、降低比綠色LED和藍(lán)色LED要明顯。因這些特征上的差異，液晶面板的背照燈和LED顯示器等組合使用紅色LED、藍(lán)色LED和綠色LED時(shí)就需要采取相應(yīng)的措施。例如，利用色彩傳感器監(jiān)測(cè)紅色LED的特性變化，還需要提高LED的散熱性能等。InGaN和AlInGaP在綠色波長(zhǎng)帯的外部量子效率均大幅下降。紫外LED發(fā)射紫外光的二極管。一般指發(fā)光中心波長(zhǎng)在400nm以下的LED，但有時(shí)將發(fā)光波長(zhǎng)大于380nm時(shí)稱為近紫外LED，而短于300nm時(shí)稱為深紫外LED。因短波長(zhǎng)光線的殺菌效果高，因此紫外LED常用于冰箱和家電等的殺菌及除臭等用途發(fā)射紫外光的二極管。一般指發(fā)光中心波長(zhǎng)在400nm以下的LED，但有時(shí)將發(fā)光波長(zhǎng)大于