目前的白光LED技術(shù)或多或少都存在著一些發(fā)展瓶頸,即無論采用哪種白光實現(xiàn)方式,都存在著由于芯片結(jié)構(gòu)、驅(qū)動電路、光學優(yōu)化、封裝工藝、半導體材料、熒光粉選擇等諸多技術(shù)問題的限制,主要表現(xiàn)在亮度不足、均一性差、低演色性以及壽命不長等方面。
技術(shù)上的瓶頸同時也正是商業(yè)上的機會。目前,國內(nèi)外大量的研究機構(gòu)都在積極開展研究工作來解決這些問題,很多新技術(shù)得以研究和發(fā)展。誰能搶先一步呢?
倒裝芯片技術(shù)。在P電極上做上厚層的銀發(fā)射器,由于厚合金材料的P型電極具有良好的歐姆接觸特性和電流擴展性能,且熱導率更大,從而提高了芯片的發(fā)光效率和散熱能力,解決了傳統(tǒng)正裝結(jié)構(gòu)LED的電流擴展性能、光學性能及散熱能力差的問題。
加拿大英屬哥倫比亞大學和清華大學電子工程系集成光電子學國家重點實驗室在這一技術(shù)的研究上都取得了一定的成果。
表面粗化技術(shù)。將滿足全反射的光改變方向,使其不會因全反射而透過界面,從而提高取光效率并降低成本,且并不影響光轉(zhuǎn)換特性。
德國Osram公司將磷化鋁銦鎵(AlInGaP)基芯片的窗口層表面做成具有斜面三角形的紋理結(jié)構(gòu),光子的反射路線被封閉在這一結(jié)構(gòu)中。采用這一技術(shù)可獲得50%以上的外量子效率。
光子晶體結(jié)構(gòu)。光子晶體具有周期性介質(zhì)結(jié)構(gòu),它具有光子禁帶和光子局域。可通過光子禁帶特性來提高發(fā)光效率。這是由于光子禁帶可以使一定頻率的輻射光被抑制,同時當器件發(fā)光頻率在光子禁帶時,可使更多的光模輻射到空氣中。
目前,光子晶體結(jié)構(gòu)已成為提升白光LED性能主要的技術(shù)方向,現(xiàn)已研制成不同波長的量子阱、量子點和陣列結(jié)構(gòu)的白光LED。Osram公司所開發(fā)的“ThinGaN”LED,通過在氮化銦鎵(InGaN)層上形成的金屬膜的鏡面作用,激發(fā)出更多的光輸出。
驅(qū)動電路優(yōu)化。LED光源的特性也對驅(qū)動電源提出了很高的要求,目前低功率的供電系統(tǒng)制約了LED的節(jié)能特性,高效率、低成本、小體積、強穩(wěn)定是LED光源驅(qū)動電路設(shè)計的主要方向。
中科院近代物理研究所針對高速大功率LED設(shè)計了一套驅(qū)動電路方案,具有驅(qū)動脈沖前后沿快及大電流輸出的特點。此外,對可調(diào)亮度和高演色性白光LED的控制電路和調(diào)光電路的設(shè)計也取得了很大的進展。
半導體材料工藝。LED技術(shù)發(fā)展的主線是晶片半導體材料的更新和加工工藝的不斷改進。與大規(guī)模集成電路的摩爾定律相似,LED的光通量遵循著Haitz定律,即每18~24個月增加一倍。
封裝技術(shù)。封裝也是不可小覷的技術(shù),若由于封裝設(shè)計或采用材料不良,就會直接影響其他技術(shù)的成效。
日本OMROM公司研發(fā)出一種新的封裝技術(shù),將透鏡光學和反射光學結(jié)構(gòu)進行組合,采用“DoubleReflection”光學結(jié)構(gòu),使LED因廣角造成的光損失由此向外輸出,提高發(fā)光效率。
此外,還有其他一些技術(shù)如光學設(shè)計、芯片結(jié)構(gòu)優(yōu)化、發(fā)光面積改善、熒光粉材料等方面都在得到積極的研究和發(fā)展。