联系我们  |  网站地图  |  English   |  移动版  |  中国科学院 |ARP
站内搜索:
首页 简介 管理部门 科研部门 支撑部门 研究队伍 科研成果 成果转化 研究生教育 党建与创新文化 科普 信息公开 OA系统
科技信息
科学家从豆腐中找到太阳能...
新型多孔石墨烯薄膜可高效...
Using silicon dioxide as...
Bacterial nanometric amo...
超薄Ce:YAG闪烁晶体用于高...
东大开发在玻璃基板上溅射...
中科大实现量子态可恢复新...
IAP成功在柔性玻璃上制作...
Rare material key to com...
Sharper imaging using X-...
理光开发出适合室内光线的...
MHPS与NTK合作量产圆筒形S...
光驱动无机纳米晶自组装研...
6月13日《科学》杂志内容精选
Scientists shoot carbon ...
现在位置:首页>新闻动态>科技信息
绿色LED取得突破,利用Si基板大幅削减成本
2014-06-30 08:17:29 | 编辑: |点击浏览:次| 【 【打印】【关闭】

    科锐公司的技术还存在“谜团”。该公司20143月发布了发光效率为303lm/W的白色LED,这个效率超过了以往的白色LED技术的发光效率理论极限(图4a))。对此很多观点认为,“应该是采用了与蓝色LED和黄色荧光材料的组合不同的技术”(某LED技术人员)。 

 

4:改变技术的话,理论极限将超过400lm/W以不同方式实现的白色LED的发光效率理论极限。在以往的组合蓝色LEDYAG荧光材料的方法中,294lm/W就是极限了,而在组合RGB或者在RGB中添加琥珀色的RGBA发光LED中,理论发光效率可达到400lm/W左右。(图由《日经电子》根据美国标准技术研究所(NIST)的资料制作) 

   实际上,如果采用构造与以往的白色LED不同的技术,发光效率的理论极限要高得多。若不使用荧光材料,而是组合以红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)分别发光的LED来形成白色光,还有望实现409lm/W的超高发光效率(图4b))。 

  绿色LED发光效率低 

   利用多色LED形成白色光的想法以前就有。但输给了日亚化学工业的技术。主要有两点原因。第一,多色方式要想维持白色,需要根据各色LED发光状态的时间变化来控制各LED的驱动电流。 

   第二,与红色和蓝色LED相比,绿色LED的发光效率太低(图5)。绿色LED是在GaN中添加铟(In),增加发光波长实现的。但生长晶体时非常难控制In的组成比,无法制作高品质晶体。 

    调色功能成为LED照明的轴心 

   不过,最近出现了重新挑战这种多色LED方式的企业,这就是荷兰皇家飞利浦。该公司采用多色LED方式,于20134月开发出了发光效率为200lm/W的直管型LED灯“TLED”。针对存在课题的绿色发光改进了方法,确保了所需的发光效率。这是通过组合蓝色LED与自主开发的高效率绿色荧光材料实现的(图6)。 

 

6:飞利浦以调色功能为中心开发产品 飞利浦200lm/W的白色直管型LED灯的实现方法(ab),以及采用RGB等各色发光的LED的可调色LED灯泡(cd)。黄绿色LED的发光效率高达200lm/W。(图(d)由飞利浦流明提供) 

  另外,飞利浦还导入了根据各色LED发光状态的时间变化来控制各LED驱动电流的机制,从而能一直保持白色状态。利用该机制,还实现了可选择不同颜色的调色功能。 

  飞利浦把这种基于多色LED的调色功能与利用通信功能远程控制照明器具的智能照明功能组合在一起,作为LED照明的重要附加值提供。估计这是打算重新构筑LED照明产品群的战略。201210月,该公司上市了可显示1677万色的LED灯泡“hue”。另外还推出了有10多种颜色的LED封装。 

  绿色LED取得突破 

  针对多色LED方式,还有的研究人员不依赖荧光材料,而是全力开发具备高发光效率的绿色LED。比如名古屋大学研究生院工学系研究科教授天野浩的研究室(图7)。最近,该研究室已有眉目实现外部量子效率(EQE)高达约60%的绿色LED。而在此之前,EQE最高只有20%左右。 

 

7:将实现超高效率绿色发光LED名古屋大学天野研究室等开发的高效率绿色LED的概要。绿色LED采用In含量较多的InGaN晶体,需要对温度等晶体生长条件进行绝妙的控制。天野研究室通过用激光监控晶体状态来随时保持最佳生长条件,制作了高效率绿色LED 

  此前,很多研究人员和企业都放弃了提高绿色LEDInGaN晶体品质。因为,只要晶体生长时的温度稍有偏差,就会出现In过剩或者不足的情况。 

   天野研究室采取的是实时、详细地观察晶体生长的方法。在晶体生长时边照射3种波长的激光,边观察晶体状态,根据情况调整温度等生长条件。天野介绍说,“接下来要对结果进行详细分析和评测”,通过与高效率红色LED和蓝色LED等组合,“应该能实现接近300lm/W的效率”(天野)。 

  新基板蕴藏着巨大的可能性 

  在对白色LED的要求中,(2)制造成本、(3)高亮度化以及(4)超越显色指数和眩光极限的技术大多都与新基板有关。这些技术不使用蓝宝石基板,而是在其他基板上生长GaN晶体制作LED(图8)。可以选择SiC基板、Si基板以及GaN基板等。 

 

8:利用不同的基板推进开发 生长LEDGaN晶体的不同基板种类以及各自的优点和课题。Si基板作为大幅降低LED成本的撒手锏受到期待,GaN基板在需要大电流密度的用途备受关注(a)。蓝宝石基板方面也有人在尝试采取一些措施,以兼顾发光效率和大电流密度(be)。(图片由各公司和大学提供)

  利用Si基板大幅削减成本 

  在新基板技术中,有望(2)大幅降低制造成本的,是在Si基板上生长GaN晶体的“GaN on Si”技术。该技术最近突然开始受到关注。 

  GaN on Si技术的最大特点是,制造装置可使用普通的半导体用装置。这样就有望大幅削减包括封装工序在内的制造成本。也在推进GaN on Si技术研发的名古屋大学的天野预测,“采用GaN on Si技术可将LED封装价格降至1/4”。 

  GaN on Si技术还有其他优点。比如通过采用半导体制造技术,可提高加工效率,能与其他电路集成等,有望催生新的附加值。 

  另外,GaN on Si并不是新技术。该技术虽然备受期待,但直到最近才开始推进实用化,这是因为一直未能解决技术课题(图9)。例如,由于GaNSi的晶格常数之差和热膨胀系数之差较大,不容易在Si基板上生长高品质GaN晶体。因为热膨胀系数不同,存在晶体破损和硅晶圆曲翘的课题。制作的LED发光效率也比较低,很难追上性能领先的蓝宝石基板白色LED。另外还存在作为LED基板来说最致命的课题,即Si会吸收可见光。(未完待续。记者:野泽哲生,《日经电子》) 

    

 

9:是GaNonSi001)还是GaNonSi111 基板技术的两个选项。Si001)基板一般难以生长GaN晶体,而选择Si111)基板的话,现有制造装置的加工效率会降低。东芝收购了采用Si111)的美国风险公司的技术,率先实现了产品化。而名古屋大学天野研究室通过将某金属层用于缓冲层,实现了在Si001)基板上的晶体生长。 

  http://china.nikkeibp.com.cn/news/elec/71043.html?start=2 

    

版权所有 中国科学院上海硅酸盐研究所 沪ICP备05005480号-1
长宁园区地址:上海市长宁区定西路1295号 电话:86-21-52412990 传真:86-21-52413903 邮编:200050
嘉定园区地址:上海市嘉定区和硕路585号  电话:86-21-69906002 传真:86-21-69906700 邮编:201899