【正文】 半導體照明的技術路線眾多，不同技術路線成本不同。但是這些方式都很難在發(fā)光功率和價格方面代替熒光燈，特別是在一般照明領域需要演色性高，這樣一來就需要使用紫外光，或者使用以藍色LED為基礎，配可激發(fā)RGB的熒光粉，不過這卻會造成發(fā)光效率的下降，因此期望滿足產(chǎn)業(yè)化的100lm/W的照明效率需求還需要一段時間。由于LED是點光源，因此在部分的產(chǎn)品可以開始利用LED來代替以往的白熾燈等燈泡，就實際的市場上而言，目前已經(jīng)有包括吸頂燈、內部照明等開始采用，而市場規(guī)模也是 逐年擴大之中。 LED用于一般照明領域技術與成本制約尚需一段時間未來LED市場最大的領域就是一般照明市場，如果能夠完全代替熒光燈的話，相信就可能有近1000億美元的潛在市場規(guī)模，并且能夠應用在更多不同的領域。具體來說，頭燈是需要光的到達距離，對色再現(xiàn)等等沒有明確的要求，而車內燈會因為乘車人討厭藍色的光等等因素，所以對演色性的要求很高，而如果應用在儀表板上的LED就和演色性無關，不過卻會被要求低輝度和低成本。在頭燈之外，LED在汽車的應用也逐漸地增多，尾燈、方向燈和 霧燈等外部照明，還有車內燈、腳燈、儀表板用燈、導航設備用的液晶背光，和其他自動設備的操作面板，應用可以說是相當?shù)亩?，當然各個應用領域都有輝度要求，同時對于演色性也有所要求，另一方面也有只要成本低的情況，所以要求各不相同。但是隨著技術的發(fā)展，相信到2010年，LED將會有機會在亮度和成本兩方面與HID進行競爭。但是，這樣的限制將在2007年開始出現(xiàn)轉機，從2007年開始可以將LED應用在概念車上，從2008年開始，更可以擴大使用LED來作為頭燈，并且在2010年以后應該可以以允許開始正式使用。目前全車內部采用LED的車廠家?guī)缀跞珵闅W洲的公司；而在外部照明使用LED方面，歐系及日系汽車將第三剎車燈改成LED的比率已超過80%。 LED在汽車領域的應用前景在車用數(shù)量方面，每臺車分別需要100顆(內部)、200顆(外部)。所以NB和液晶電視面板背光將成為推動全球LED產(chǎn)業(yè)成長的新的推動力，由于NB及液晶電視面板主產(chǎn)地在臺灣地區(qū)、韓國和日本，這些地區(qū)LED產(chǎn)能強大，且不斷有新的產(chǎn)能加入，如臺灣鴻海、佳總、聯(lián)茂這些電子產(chǎn)業(yè)大廠將進入LED產(chǎn)業(yè)，大陸面板產(chǎn)能較低，在這一波推進潮中獲益估計有限。而韓國Displaybank發(fā)表了大尺寸液晶面板用發(fā)光二極管(LED)背照燈的全球市場預測，對象包括液晶顯示器、筆記本電腦、液晶電視等。但從2007年的第二季度開始，蘋果和惠普等公司將推出采用LED背光面板的筆記本電腦，相信隨著業(yè)界知名品牌的加入，LED背面面板在筆記本中的使用將會越來越普遍。一般業(yè)者認為，LED背光滲透率將快速拉高。今后，LED背照燈的普及速度取決于何時能夠解決目前LED背照燈所擁有的散熱困難、均一性差和LED芯片發(fā)光效率低等問題。目前，使用LED作為背照燈光源的大尺寸液晶面板模塊產(chǎn)品僅有少量。除了成本之外，也有一些問題需要克服，例如影像播放訊號的高解析度范圍，現(xiàn)在的影像播放訊號只能發(fā)揮LED的3原色背光最基本演色解析度，因此要將3原色背光的潛能發(fā)揮出來，就必須強化內容高解析度，因此在目前的環(huán)境下，使用RGB 3原色的背光是有點大材小用。這是因為3原色背光的根本性問題在于成本，由于電視背光需要高輝度，所以使用的必須是1W以上的高輝度LED，而且因為是直下式的方式，所以在LED的使用數(shù)方面，也會因為面板面積而大幅度的增加，在加上為了色調同一，數(shù)百個LED全部都需根據(jù)發(fā)光波長嚴格選定，光是LED成本就很高。使用白光LED側光方式的背光，其優(yōu)點是可以達到PC本體的薄型化、輕型化，延長電池壽命等等的特色，但現(xiàn)在的白光LED的紅色spectre比較弱，有色再現(xiàn)性不足的缺點，但是對電腦熒幕畫面，尤其是筆記型電腦，要求與電視同樣高演色性的使用者不多，所以在這一方面色再現(xiàn)不會成為一個大問題，而且如果真有高演色性方面的需求，也可以使用RGB 3原色背光和在白光LED的Rail配列中，利用定點混合紅色LED的方法等等來解決，相信在未來，電腦熒幕用光源 對于白光LED做為背光源的采用將會更加擴大。對于輝度的要求方面，電視會比電腦熒幕高，側光式背光的話就會使用白光LED，如果是要求高輝度、高演色性的電視就會使用直下式背光。今后，LED背照燈的普及速度取決于何時能夠解決目前LED背照燈所擁有的散熱困難、均一性差和LED芯片發(fā)光效率低等問題。目前，使用LED作為背照燈光源的大 尺寸液晶面板模塊產(chǎn)品僅有少量。當然，隨著工藝的成熟和生產(chǎn)規(guī)模的增加，LED背光的成本會逐步下降；3)用LED作為背光源存在白光的一致性問題，這比起CCFL是個劣勢；4)LED在網(wǎng)點設計上較線性光源CCFL難，需考慮LED輻射狀的光強衰減；5)RGB LED背光源時間一久會產(chǎn)生色移，波長會隨溫度變化，產(chǎn)生不同顏色。不過，現(xiàn)在全球有大量的企業(yè)從事相關研究，LED發(fā)光效率提升相當之快，目前光通量達到10000lm的高亮型LED背光也已經(jīng)出現(xiàn)，相信離成熟僅是咫尺之遙；2)成本太高、價格昂貴，同等尺寸的背光源，LED是CCFL價格的4倍。1)目前LED的發(fā)光效率較低，與同等尺寸CCFL背光源相比耗電量高。 LED背光源現(xiàn)在存在的問題LED背光技術就象許多新型技術一樣擁有許多誘人的優(yōu)點，但LED要想占據(jù)大尺寸LCD背光源的主流，目前還需要解決一些技術難點。平面狀結構讓LED擁有穩(wěn)固的內部結構，抗震性能很出色。LED使用的是5～24V的低壓電源，十分安全，供電模塊的設計也頗為簡單；環(huán)保。當用戶的視頻源在計算機和DVD機間切換時，可以輕松在9600K和6500K間調整白平衡，而且不會犧牲亮度和對比度；可以為大尺寸屏幕提供連續(xù)面陣光源。LED背光可以靈活調整發(fā)光頻率，而且頻率大大高于CCFL，因此能完美地呈現(xiàn)運動畫面；實時色彩管理。因此，無論在明亮的戶外還是全黑的室內，用戶都很容易把顯示設備的亮度調整到最悅目的狀態(tài)；完美的運動圖像。即使每天連續(xù)使用10個小時，也可以連續(xù)用上27年，大大延長了液晶電視的使用壽命，可獲得對等離子技術壓倒性的優(yōu)勢；亮度調整范圍大。LED背光源有更好的色域。目前，照明消耗約占整個電力消耗的20%，同樣照明效果的情況下，耗電量是白熾燈泡的八分之一，熒光燈管的二分之一。綜合來看，手機市場目前仍是LED的主要市場，但手機市場的影響力在下降，LED成長需要新的應用市場的推動，白光LED進入一般通用照明市場預計2010后才會真正來臨，現(xiàn)階段有兩個“整裝”市場潛力大—筆記本、液晶顯示器及液晶電視的背光與汽車內飾背光及 前后燈市場。從全球銷售額來看，2005年手機市場占比高達62%，從量上看，手機市場占比也達18%，手機市場當之無愧是推動LED產(chǎn)業(yè)的第一波浪潮。為了使用方便，LED通常都使用樹脂包裝，做成5mm左右的各種形狀，十分堅固耐震。同一種材料的波長都很接近，因此每一顆LED的光色都很純正，與傳統(tǒng)光源都混有多種顏色相比，LED可說是一種數(shù)字化的光源。白熾燈的發(fā)光效率是815 lm/ W左右，普通T8鹵素熒光燈光效可達40 lm/ W，T5高效熒光燈可以達到80 lm/ W，LED光效可達200lm/w，LED還有毫秒級的通斷時間，這也是一般應用光源無法達到的。具體上白光LED的長壽命化，大多是透過封裝材料的改變來達到，例如由目前的環(huán)氧樹脂變?yōu)閟ilicon來防止樹脂黃變，在此同時還能夠維持光通量，此外還有包括，采用D/B材料和反射結構的劣化防止技術，來達到改善熱效應實現(xiàn)低溫驅動。在使用壽命的方面，目前已經(jīng)都能夠實現(xiàn)4萬小時后才開始進入高峰衰退期的使用時間，但這卻只能滿足照明的最低要求，照明領域所需要的是更高的使用壽命，現(xiàn)在已經(jīng)有客戶要求LED業(yè)者提高壽命的要求，要求4萬小時是達到高峰期的70%，比起目前的8萬小時增加了近1/3。就技術上，如 果藍光LED芯片的光輸出效率如果達到360mW，配合高階技術的封裝能力，獲得100lm/W的白光輸出并不困難，包括Cree、日亞等的業(yè)者在2006年已開發(fā)出高亮度的藍光LED芯片，緊接著之后的如何降低外部量子效率的損耗便是考驗者封裝業(yè)者的能力，如必須設法減少熱阻抗、改善散熱等等問題，目前的做法包括了：降低芯片的熱阻抗、控制模塊和印刷電路板的熱阻抗、提高芯片的散熱性等等。但現(xiàn)在使用白光LED的發(fā)光效率，除了一部分的制品之外，產(chǎn)業(yè)化的大多都在30~50lm/W左右。由于上述理由，為了擴大未來的白光LED市場，業(yè)者就必須提高LED的外部量子效率，如果實現(xiàn)了LED高外部量子效率來提高發(fā)光效率的話，所出現(xiàn)的連鎖反應就會下降，例如因為減少電流透過而使得熱效應比率降低，實現(xiàn)成本的下降和長壽命化。在現(xiàn)有的發(fā)光效率下，如果需要一定程度高輝度，期望因為增加電流量來產(chǎn)生較大亮度的話，這就必須考量如何增加LED的面積來滿足所增加的電流，或者利用將數(shù)顆小型LED封裝在同一個模組之中，來實現(xiàn)封裝模組對電流量容許值的提高。而在發(fā)光演色的方面，雖然有這么大的功率輸入到GaN LED中，但是所投入電力的四分之三都無法轉換成光而形成熱量，因此LED就會出現(xiàn)過熱的現(xiàn)象，這也會直接影響到LED的演色結果。通常30u㎡的LED最大可以驅動30mA的電流，但是這樣的結果遠遠無法滿足市場的期望，所以目標是需要將10倍以上的電流，導通到LED元件中。為進一步提高發(fā)光強度，業(yè)者開發(fā)出了大功率LED，其功率一般為1～10W(有一些還大于10W)，它的工作電流一般為350～700mA，有些可達1A以上。但LED有一個最大功耗PD值的限制，PD=VFIF(VF為正向壓降)，若過大地增加IF而使PD超過最大值時，LED會過熱而損壞。另外，在工藝技術上采用在GaAs襯底上用AlInGaP材料生產(chǎn)的紅光、黃光LED及在SiC襯底上用InGaN材料生產(chǎn)的綠光、藍光LED，在發(fā)光強度及發(fā)光效率上有較大的改進。 LED發(fā)光效率影響因素LED的發(fā)光強度及發(fā)光效率的提高主要取決于采用的半導體材料及其工藝技術的發(fā)展。從單純的角度來看，高效率的追求一直都是被市場與業(yè)者所期待的。在過去，只有藍光LED使用GaN做為基板材料，但是現(xiàn)在從綠光領域到近紫外光領用的LED，也都開始使用GaN化合物做為材料了。單晶片型進一步分成兩類，一類是發(fā)光源使用藍光LED，以460nm波長的藍光晶粒涂上一層YAG螢光物質，利用藍光LED照射此一螢光物質以產(chǎn)生與藍光互補的555nm波長黃光，再利用透鏡原理將互補的黃光、藍光予以混合，便可得出所需的白光(日亞專利)，生產(chǎn)較容易，其效率較高，成本較低，目前大部分白光LED采用此方法；另一類是使用近紫外和紫外光，豐田合成(Toyoda Gosei)與東芝所共同開發(fā)的白光LED，是采用紫外光LED與螢光體組合的方式，與一般藍光LED與螢光體組合的方式做區(qū)隔。前者是將紅綠藍三種LED封裝在一起，同時使其發(fā)光而產(chǎn)生白光，后者是把藍光或者紫光、紫外光的LED作為光源，在配合使用熒光粉發(fā)出白光。然而，LED的發(fā)展不單純是它的顏色還有它的亮度，像計算機一樣，遵守摩爾定律的發(fā)展，即每隔18個月它的 亮度就會增加一倍，曾經(jīng)暗淡的發(fā)光二極管現(xiàn)在真正預示著LED新時代的來臨。在2000年，前者做成的LED在紅、橙區(qū)(λp=615nm)的光效達到100流明/瓦，而后者制成的LED在綠色區(qū)域(λp=530nm)的光效可以達到50流明/瓦。90年代中期，出現(xiàn)了超亮度的氮化鎵LED，當前制造藍光LED的晶體外延材料是氮化銦鎵(InGaN)，發(fā)射波長的范圍為450nm至470nm，氮化銦鎵LED可以產(chǎn)生五倍于氮化鎵LED的光強。第一個有歷史意義的藍光LED也出現(xiàn)在90年代早期(日亞公司1993宣布，中村修二博士發(fā)明)，再一次利用金鋼砂—早期的半導體光源的障礙物。到20世紀90年代早期，采用銦鋁磷化鎵生產(chǎn)出了桔紅、橙、黃和綠光的LED。到70年代中期，引入元素In和N，使LED產(chǎn)生綠光(λp=555nm)，黃光(λp=590nm)和橙光(λp=610nm)，光效也提高到1流明/瓦；就在此時，俄國科學家利用金剛砂制造出發(fā)出黃光的LED，盡管它不如歐洲的LED高效；但在70年代末，它能發(fā)出純綠色的光。60年代初，在砷化鎵基體上使用磷化物發(fā)明了第一個可見的紅光LED，磷化鎵的改變使得LED更高效、發(fā)出的紅光更亮，甚至產(chǎn)生出橙色的光。20世紀50年代，英國科學家在電致發(fā)光的實驗中使用半導體砷 化鎵發(fā)明了第一個具有現(xiàn)代意義的LED，并于60年代面世。20世紀20年代晚期Bernhard Gudden和Robert Wichard在德國使用從鋅硫化物與銅中提煉的的黃磷發(fā)光，再一次因發(fā)光暗淡而停止。在可預見未來，專利仍將是LED產(chǎn)業(yè)發(fā)展關鍵議題，且專利訴訟的對象將不僅局限在LED廠商，范圍也將擴大至應用產(chǎn)品上。此專利涉及到基于石榴石的GaN LED磷光體——描述了Nichia商業(yè)白光LED；Toyoda Gosei擁有專利6809347保護摻入銪的堿土正硅酸鹽磷光體和藍色或紫外線LED配合使用，此專利具有2000年12月28日的優(yōu)先權日期，授權時間是2004年10月26日，它把保護重點集中在一種特別的磷光體設計上，它不象其它專利一樣措詞含糊，它的保護內容清楚明朗。HP(Agilent)專利5847507受理日期是1997年7月14日，授權日期是1998年12月8日，該專利的描述涉及到已經(jīng)存在的Nichia產(chǎn)品并且保護的重點是磷光體的發(fā)光原理(方式)，這就涵蓋了較大范圍的各種式樣的磷光體。最初的專利說明了藍、綠和紫外線LED與摻鈰、鋱或硫代石榴石的磷光體，這一點在之前的Nichia白光LED和Nichia日本專利申請中都沒有提到。但是該專利提到的僅僅是白光之外的光源對磷光體的激勵，似乎沒有涵蓋通常的藍光LED對黃色磷光體的激勵，Nichia在專利中提到了藍光LED對黃色磷光體的激勵，但是沒有對之進行論述，也沒有對基于石榴石的磷光體技術進行論述；Osram的專利6245259在美國專利受理是在2000年8月29日，授權日期是在2001年6月12日，但在此之前的1997年6月26日，其已經(jīng)獲得國際專利的保護。美國巨大的市場一直是商家必爭之地，在美國，主要專利如下：貝爾實驗室將單個或多個磷光體用于熒光屏的發(fā)光，得