多色LED達到400lm/W

科銳公司的技術還存在“謎團”。該公司2014年3月發布了發光效率為(wei) 303lm/W的白色LED，這個(ge) 效率超過了以往的白色LED技術的發光效率理論極限。對此很多觀點認為(wei) ，“應該是采用了與(yu) 藍色LED和黃色熒光材料的組合不同的技術”（某LED技術人員）。

實際上，如果采用構造與(yu) 以往的白色LED不同的技術，發光效率的理論極限要高得多。若不使用熒光材料，而是組合以紅色（R）、綠色（G）和藍色（B）分別發光的LED來形成白色光，還有望實現409lm/W的超高發光效率。

綠色LED發光效率低

利用多色LED形成白色光的想法以前就有。但輸給了日亞(ya) 化學工業(ye) 的技術。主要有兩(liang) 點原因。第一，多色方式要想維持白色，需要根據各色LED發光狀態的時間變化來控製各LED的驅動電流。

第二，與(yu) 紅色和藍色LED相比，綠色LED的發光效率太低。綠色LED是在GaN中添加銦（In），增加發光波長實現的。但生長晶體(ti) 時非常難控製In的組成比，無法製作高品質晶體(ti) 。

調色功能成為(wei) LED照明的軸心

不過，最近出現了重新挑戰這種多色LED方式的企業(ye) ，這就是荷蘭(lan) 皇家飛利浦。該公司采用多色LED方式，於(yu) 2013年4月開發出了發光效率為(wei) 200lm/W的直管型LED燈“TLED”。針對存在課題的綠色發光改進了方法，確保了所需的發光效率。這是通過組合藍色LED與(yu) 自主開發的高效率綠色熒光材料實現的。

另外，飛利浦還導入了根據各色LED發光狀態的時間變化來控製各LED驅動電流的機製，從(cong) 而能一直保持白色狀態。利用該機製，還實現了可選擇不同顏色的調色功能。

飛利浦把這種基於(yu) 多色LED的調色功能與(yu) 利用通信功能遠程控製照明器具的智能照明功能組合在一起，作為(wei) LED照明的重要附加值提供。估計這是打算重新構築LED照明產(chan) 品群的戰略。2012年10月，該公司上市了可顯示1677萬(wan) 色的LED燈泡“hue”。另外還推出了有10多種顏色的LED封裝。

綠色LED取得突破

針對多色LED方式，還有的研究人員不依賴熒光材料，而是全力開發具備高發光效率的綠色LED。比如名古屋大學研究生院工學係研究科教授天野浩的研究室。最近，該研究室已有眉目實現外部量子效率（EQE）高達約60％的綠色LED。而在此之前，EQE最高隻有20％左右。

此前，很多研究人員和企業(ye) 都放棄了提高綠色LED的InGaN晶體(ti) 品質。因為(wei) ，隻要晶體(ti) 生長時的溫度稍有偏差，就會(hui) 出現In過剩或者不足的情況。

天野研究室采取的是實時、詳細地觀察晶體(ti) 生長的方法。在晶體(ti) 生長時邊照射3種波長的激光，邊觀察晶體(ti) 狀態，根據情況調整溫度等生長條件。天野介紹說，“接下來要對結果進行詳細分析和評測”，通過與(yu) 高效率紅色LED和藍色LED等組合，“應該能實現接近300lm/W的效率”（天野）。

新基板蘊藏著巨大的可能性

在對白色LED的要求中，製造成本、高亮度化以及超越顯色指數和眩光極限的技術大多都與(yu) 新基板有關(guan) 。這些技術不使用藍寶石基板，而是在其他基板上生長GaN晶體(ti) 製作LED。可以選擇SiC基板、Si基板以及GaN基板等。

這些基板雖然各有各的課題，但優(you) 點是都蘊藏著能大幅超越以往白色LED技術的衝(chong) 擊力，有望開拓LED照明的新用途。

此外，也有想利用藍寶石基板提高發光效率和支持大電流密度的研究開發。這些開發大多都是在基板上稍微施加一些特殊加工，目前還沒形成主流技術，不過為(wei) 解決(jue) 存在的課題，正在加速開發。新基板將在與(yu) 藍寶石基板的競爭(zheng) 中，加速提高性能。

利用Si基板大幅削減成本

在新基板技術中，有望大幅降低製造成本的，是在Si基板上生長GaN晶體(ti) 的“GaN on Si”技術。該技術最近突然開始受到關(guan) 注。

GaN on Si技術的最大特點是，製造裝置可使用普通的半導體(ti) 用裝置。這樣就有望大幅削減包括封裝工序在內(nei) 的製造成本。也在推進GaN on Si技術研發的名古屋大學的天野預測，“采用GaN on Si技術可將LED封裝價(jia) 格降至1/4”。

GaN on Si技術還有其他優(you) 點。比如通過采用半導體(ti) 製造技術，可提高加工效率，能與(yu) 其他電路集成等，有望催生新的附加值。

另外，GaN on Si並不是新技術。該技術雖然備受期待，但直到最近才開始推進實用化，這是因為(wei) 一直未能解決(jue) 技術課題。例如，由於(yu) GaN與(yu) Si的晶格常數之差和熱膨脹係數之差較大，不容易在Si基板上生長高品質GaN晶體(ti) 。因為(wei) 熱膨脹係數不同，存在晶體(ti) 破損和矽晶圓曲翹的課題。製作的LED發光效率也比較低，很難追上性能領先的藍寶石基板白色LED。另外還存在作為(wei) LED基板來說最致命的課題，即Si會(hui) 吸收可見光。