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中村修二:使用藍發光二極管發光色LED的白色LE

文章摘要:“使用藍色LED的白色LED早晚會消失。” 據日經技術在線報道,說出這句話的,是因開發出藍色LED而獲得2014年諾貝爾物理學獎的美國加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)教授中村修二。這是中


  “使用藍色LED的白色LED早晚會消失。”

  據日經技術在線報道,說出這句話的,是因開發出藍色LED而獲得2014年諾貝爾物理學獎的美國加州大學圣塔芭芭拉分校(UCSB)教授中村修二。這是中村在2015年7月24日舉行的研討會“GaN掀起能源革命”上發表演講時說的。

  液晶屏背照燈及照明等使用的白色L發光電子管和發光二極管是一樣的嗎ED,主要是由藍色LED芯片和黃色熒光體組合而成的。中村指出,這種類型的白色LED“存在藍色光的峰值強度較高、容易引起睡眠障礙的問題”,也就是所謂的“藍光問題”。中村介紹的解決對策是美國Soraa公司銷售的白色LED。

  Soraa是中村作為共同創始人(co-founder)設立的LED風險企業,主要銷售在紫色LED芯片上組合使用紅色(R)、綠色(G)、藍色(B)熒光體的白色LED。中村介紹,這種白色LED“通過紫色LED激發熒光體來獲得藍色光,因此藍色光的峰值強度不太高”。而且,還能輸出可見光波長范圍內所有的光,因此可實現像太陽光一樣的理想白色。

  效率提高約50%

  紫色LED芯片本身就有很多優點。比如,紫色LED芯片是在GaN基板上層疊GaN類半導體來制作的,屬于“GaN on GaN”型LED。因此,GaN類半導體層的晶體品質很高。基板與GaN類半導體層的晶格常數等基本上沒有差異,因此很難出現被稱為“位錯”的晶體缺陷。

  而普通的發光二極管哪里能買到藍色LED芯片是在藍寶石基板上制作的。GaN類半導體與藍寶石的晶格常數等不同,因此容易出現位錯。

  紫色LED芯片的形狀也十分獨特,為三角形。普通LED芯片的形狀為四角形,與之相比,三角形LED芯片的發光層發出的光線射到芯片外的效率(光提取效率)更高。

  據中村介紹,由于紫色LED的晶體品質及光提取效率都很高,因此光輸出除以投入電力所得到的“WPE(wall-plug efficiency,電光轉換效率)”可達到84%。而普通藍色LED的WPE僅為50~60%。

  紫色LED芯片的另一特點是不易出現“光效下降(droop)”問題。光效下降是為了提高發光強度而增加驅動電流密度時,引起的發光效率下降的現象,也是提高亮度時存在的一大課題。而GaN on GaN型產品的晶體品質較高,與藍寶石基板型產品相比,不易發生光效下降問題。因此,與藍寶石基板型產品相比,GaN基板型產品可使電流密度提高至5~10倍。

  不過,GaN基板型產品也不能完美解決光效下降問題,電流密度的提高存在界限。

  激光照明為第三代產品

  因此,中村一直在大力研究使用半導體激光器的照明。如果將藍寶石基板型產品視為第一代SSL(solid state lighting:固體照明)的話,那么GaN基板型產品就是第二代,而激光器照明就是第三代產品。

  中村介紹,使用半導體激光器的話,即便將電流密度提高至LED的近1000倍,也基本上不會對發光效率產生影響。

  因此,獲得相同亮度所需要的芯片面積就能大幅縮小。比如,要獲得60W的白色光,藍寶石基板型LED需要28平方毫米的面積,而使用半導體激光器的話,只需要0.3平方毫米。

  目前,藍色半導體激光器存在成本和效率問題。中村表示,“成本是藍色LED的10倍,而效率(WPE)卻只有30%,僅為藍色LED的一半左右。因此,必須將成本降低到1/10,效率提高到兩倍”。他對解決這些問題充滿信心。

   那么過不了多久LED行業市場是不是又會發生大的震蕩了呢?期待吧!

 

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