【正文】 。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(zhì)，利用藍光LED照射此一螢光物質(zhì)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。藍光LED與螢光體的組合方式，當(dāng)照在紅色物體的時候，其紅色的色澤效果比較不理想，紫外光LED與螢光體組合可以彌補這個缺點，但是，其發(fā)光效率卻仍低于藍光LED與螢光體組合的方式，至于價格與產(chǎn)品壽命，兩者差距不大。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(lǐng)域到近紫外光領(lǐng)用的LED，也都開始使用GaN化合物做為材料了。并且伴隨著白光LED應(yīng)用的擴大，市場對其效能的期待也逐漸增加。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。但是另一方面，演色也將會是一個重要的性能指標(biāo)，如果只是做為顯示用途的話，發(fā)光色為白色可能就已經(jīng)足夠了，但是從照明的用途來說，為了達到更高效率，如何實現(xiàn)與自然光接近的顏色就顯得非常必要了。 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(dǎo)體材料及其工藝技術(shù)的發(fā)展。早期的LED主要用GaAs、GaP(二元素半導(dǎo)體材料)和GaAsP(三元素半導(dǎo)體材料)，1994年左右采用AlInGaP(四元素半導(dǎo)體材料)后，其發(fā)光強度及發(fā)光效率有很大的提高。另外，在工藝技術(shù)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的發(fā)光強度與正向電流IF幾乎成線性關(guān)系，即增加正向電 流IF可增加發(fā)光強度。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。為了要提高發(fā)光強度，開發(fā)出中功率LED(一般為幾百mW)，其工作電流也提高到70mA。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。市場希望只需一顆就可達到相當(dāng)亮度的LED，在這一方面的技術(shù)落在如何讓LED能夠支援更大的電流。通常30u㎡的LED最大可以驅(qū)動30mA的電流，但是這樣的結(jié)果遠遠無法滿足市場的期望，所以目標(biāo)是需要將10倍以上的電流，導(dǎo)通到LED元件中。因此當(dāng)LED的面積尺寸可以擴充到1m㎡時，那么緊接下來的工作便是如何讓電流值能夠達到350~500mA，因為驅(qū)動電壓是3V多，所以就可以有1W的電力能被流進1m㎡的晶片面積。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(zhuǎn)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(jié)果。因為LED元件的基本特性是，如果溫度上升，發(fā)光效率就會下降以及造成演色性偏差，所以如何有效的釋放大量產(chǎn)生熱量的放熱技術(shù)成為了關(guān)鍵，因此將LED裝在熱傳導(dǎo)率大、熱容量大的材料上就成了相當(dāng)重要的問題，目前大多是使用有價金屬或者陶瓷。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。在目前的發(fā)光效率下，熱效應(yīng)也會成比例的上升，另外，大面積LED比小面積LED的電阻來得要高，使得大面積LED本身的效應(yīng)也比較大，如果單純以現(xiàn)有LED為基礎(chǔ)來提高輝度的話，將會陷入一個因LED本身價格，和散熱材料的成本過高而產(chǎn)生的惡性循環(huán)之中，這和以低成本化為基礎(chǔ)的市場特性是背道而馳的，而且熱效應(yīng)量的上升會引起封裝材料的熱劣化，對其使用壽命也有很大的影響。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(yīng)就會下降，例如因為減少電流透過而使得熱效應(yīng)比率降低，實現(xiàn)成本的下降和長壽命化。關(guān)于這一方面，目前因為透過局部制程的改變、使用不同的化合物半導(dǎo)體材料、各種白色發(fā)光方法的開發(fā)，以及新一代熒光粉的開發(fā)，已經(jīng)使得LED的發(fā)光效率可以達到100lm/W。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。如果要代替節(jié)能燈就需要將亮度提升到80~100lm/W，如果要代替使用在汽車頭燈上的HID的話，就更需要提高到120lm/W以上的發(fā)光效率。就技術(shù)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(shù)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(shè)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。為了擴大LED特別是白光LED的用途，如何提高發(fā)光的效率、相應(yīng)的輝度、延長使用壽命、降低熱效應(yīng)，以及降低每單位照明的成本等條件，這需要業(yè)界做出持續(xù)不斷的努力。在使用壽命的方面，目前已經(jīng)都能夠?qū)崿F(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(lǐng)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。另一方面，LED的高峰衰退期是根據(jù)投入電量和點燈方法的不同有很大的變動，所以不可能明確定義，使得這一方面還是有一些問題存在。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(jié)構(gòu)的劣化防止技術(shù)，來達到改善熱效應(yīng)實現(xiàn)低溫驅(qū)動。 LED光源主要優(yōu)勢LED的發(fā)光原理是利用半導(dǎo)體中的電子和電洞結(jié)合而發(fā)出光子，不同于燈泡需要在3000度以上的高溫下操作，也不必像日光燈需使用高電壓激發(fā)電子束，LED和一般的電子組件相同，只需要2～4伏特(V)的電壓，在常溫下就可以正常動作，因此其壽命也比傳統(tǒng)光源來得更長，可達10萬小時以上(目前產(chǎn)業(yè)化的國外可達3~5萬小時)。白熾燈的發(fā)光效率是815 lm/ W左右，普通T8鹵素?zé)晒鉄艄庑Э蛇_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(yīng)用光源無法達到的。LED所發(fā)出的顏色，主要是取決于電子與電洞結(jié)合所釋放出來的能量高低，也就是由所用的半導(dǎo)體材料的能隙所決定。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。LED芯片大小可以因用途而隨意切割，～1mm 左右，跟傳統(tǒng)的燈泡或日光燈相比，體積相對小得多。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。 LED手機市場前景就手機上應(yīng)用LED來說，主要可分為四大類，第一類為來電指示燈，約使用1顆；第二類是手機附數(shù)字相機可搭配閃光燈，約使用一顆；第三類為屏幕背光源約使用26顆，第四類為按鍵背光源約使用610顆，所以一共加起來最少約要10~12顆LED，而最高階的機種可能會達到19~20顆LED，可見手機對LED產(chǎn)業(yè)的貢獻度。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(dāng)之無愧是推動LED產(chǎn)業(yè)的第一波浪潮。盡管手機市場仍在增長，但增長日趨緩慢；另一方面，各種新型具有多種附加功能的手機越來越多，手機功耗大，對手機節(jié)能的要求越來越強烈，這將推動能耗更低的OLED面板對TFT LCD面板的替代，而OLED是主動發(fā)光，不需要背光，對LED的需求趨降。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(yīng)用市場的推動，白光LED進入一般通用照明市場預(yù)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(nèi)飾背光及 前后燈市場。 LED NB及液晶電視背光市場前景 LED背光技術(shù)領(lǐng)先優(yōu)勢LED作為LCD的背光源，與傳統(tǒng)背光技術(shù)相比，除了在色域范圍的優(yōu)勢外，還有很多獨特的優(yōu)點，歸納為十個方面：節(jié)能。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。美國、日本等國家和臺灣地區(qū)對LED照明效益進行了預(yù)測，美國55%白熾燈及55%的日光燈被LED取代，每年節(jié)省350億美元電費，；日本100%白熾燈換成LED，可減少1～2座核電廠發(fā)電量，每年節(jié)省10億公升以上的原油消耗；臺灣地區(qū)25%白熾燈及100%的日光燈被白光LED取代，每年節(jié)省110億度電。LED背光源有更好的色域。其色彩表現(xiàn)力強于CCFL背光源，可對顯示色彩數(shù)量不足的液晶技術(shù)起到很好的彌補作用，色彩還原好；LED的使用壽命可長達10萬小時。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(shù)壓倒性的優(yōu)勢；亮度調(diào)整范圍大。實現(xiàn)LED功率控制很容易，不像CCFL的最低亮度存在一個門檻。因此，無論在明亮的戶外還是全黑的室內(nèi)，用戶都很容易把顯示設(shè)備的亮度調(diào)整到最悅目的狀態(tài)；完美的運動圖像。傳統(tǒng)CCFL燈管的閃爍發(fā)光頻率較低，表現(xiàn)動態(tài)場景可能產(chǎn)生畫面跳動。LED背光可以靈活調(diào)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。由于紅綠藍3色獨立發(fā)光，容易精確控制目前的顯示色彩特性；可以調(diào)整的背光白平衡，同時保證整體對比度。當(dāng)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(diào)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是一種平面狀光源，最基本的發(fā)光單元是3～5mm邊長的正方形封裝后，極容易組合在一起成為既定面積的面光源，具有很好的亮度均勻性，如果作為液晶電視的背光源，所需的輔助光學(xué)組件可以做得非常簡單，屏幕亮度均勻性更為出色；安全。LED使用的是5～24V的低壓電源，十分安全，供電模塊的設(shè)計也頗為簡單；環(huán)保。LED光源沒有任何射線產(chǎn)生，也沒有水銀之類的有毒物質(zhì)，可謂是綠色環(huán)保光源；抗震。平面狀結(jié)構(gòu)讓LED擁有穩(wěn)固的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，抗震性能很出色。在液晶顯示器已經(jīng)成為主流顯示器的今天，LED背光源憑借其獨特、壓倒性的優(yōu)勢，逐漸顯示出強大的應(yīng)用前景。 LED背光源現(xiàn)在存在的問題LED背光技術(shù)就象許多新型技術(shù)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(shù)難點。通過表的對比，我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)LED在功耗方面處于劣勢，除此之外還存在成本高、一致性差等問題。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。目前CCFL的輸出光通量多在5000～7000lm范圍，實際屏幕的輸出光通量高于300lm，而多數(shù)LED背光都還無法達到這一指標(biāo)。不過，現(xiàn)在全球有大量的企業(yè)從事相關(guān)研究，LED發(fā)光效率提升相當(dāng)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。對于目前價格競爭激烈的市場而言，讓廠家有些望而卻步，只有索尼為了圖像質(zhì)量不計成本。當(dāng)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(shè)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。此外，散熱、光源均勻性、以及LED芯片發(fā)光效率也是目前液晶面板廠商不太采用的原因之一。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。Displaybank表示，這是因為顯示器領(lǐng)域的價格競爭激烈，必須把降低成本放在第一位。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。 LED液晶用背光前景應(yīng)用在液晶面板背光的LED，會依據(jù)點燈方式是直下還是側(cè)光式，用途是電視還是電腦熒幕，都更有不同。對于輝度的要求方面，電視會比電腦熒幕高，側(cè)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。電腦熒幕的話，一般都使用側(cè)光方式的RGB點燈，但是電視的話，采用白色直下和RGB側(cè)光的方式不同，就熱門程度而言，現(xiàn)在在LED市場上備受關(guān)注的是使用白光LED側(cè)光方式的液晶用背光領(lǐng)域。使用白光LED側(cè)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。另一方面，電視用RGB背光的市場化則相當(dāng)被看好，目前已經(jīng)有相當(dāng)多的業(yè)者將RGB 3原色LED背光液晶電視商品化了，但是要將這些三原色的背光完全成為主流技術(shù)，需要解決的問題還很多，相信還需花費數(shù)年來解決這些問題。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(diào)同一，數(shù)百個LED全部都需根據(jù)發(fā)光波長嚴(yán)格選定，光是LED成本就很高。使用時還有冷卻LED