LED技术研发还有10年发展空间（上）
时间:2008-03-23 11:34:24 来源:转载 作者:
现正处于成长初期 产品未规格化 周期很短 机会也最多
编者按：发光二极管（LED）的亮度一直增加，效能表现精进，致使它成为广泛应用光源的机会大增，才是这几年的事。事实上，LED技术发展的空间非常大。晶元光电研发中心协理谢明勋表示，半导体产业进入成熟阶段，产品进入规格化，量很大，产业发展走向代工，厂商优劣就变成是在比管理。
相较起来，LED才处于成长起步阶段，产品规格还都不一致，产品生命周期也很短，虽然研发人员因此特别辛苦，但这时机会也最多。他认为LED的技术开发，可能还有10年可以玩，就像四元LED，每一年多就以50％的效能增加，未来技术发展可能超乎想象，或许以后的LED，会跟现在的完全不同也有可能。
■LED也有摩尔定律 每1824个月效能加倍
半导体界有著名的摩尔定律，LED界其实也有一样的定律，这个定律由Lumileds的Roland Haitz所提出，他认为近30年来，每隔1824个月，LED的亮度（flux）就会倍数增加。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串6
LED是在1965年发明的，这个定律走了30年，那么最近准不准呢？答案是超前的，LED的效能表现比预期为快，例如原本估计2010年LED的发光效率可达100 lm/W，但现在看起来这个目标在最近就会达到。
谢明勋给了这个定律一个巧妙的看法，他说只要有人提出一个趋势，产业界就会倾力去完成这个目标，所以其实定律表面看起来是描述产业进化，实际内涵是一种管理技巧。
LED的效能提升就增加了它的应用机会，1960年代所发明的LED只是会亮而已，当时LED的用途是一种人机界面，以不同颜色的光显示是否通电；后来应用面逐渐打开，煞车灯、红绿灯等现在看起来已经是很普遍的应用。
直到四元和蓝光LED兴起，大家似乎才意识到LED的价值，包括手机、车用、室外大型看板等应用已相当普及，现在最热门的LCD TV、笔记型计算机背光源和背投电视又是一个很大的市场，最终应用就是照明设备。
现在冷阴极管（CCFL）的发光效率约70lm/W，Nichia日前发表已开发出100lm/W的LED，发光效率已经超越传统光源；理论上，LED的白光发光效率可以达到200lm/W。
■OMA加粗化 四元LED取出效率增为4倍
LED的发光效率必须透过增加内在效能（internal efficiency）和取出效率（Light Extraction）两方面来增进，包括P-N junction发光层效率的改善，或用不同基板和各种长晶技术等各方面技术推进。
▲晶电的OMA技术，改用矽为基板材料，发光效率增加23倍，由原本的1520lm/W，增加到50lm/W
进一步的改善则是表面粗化处理，因为在原本平坦表面，入射角17度以内的光线可以取出，但超过17度就会反射回来，经过粗化处理后则可增加取出率，这时亮度又进一步成为400％。
在与国联合并后，新晶电进一步研发国联原本的技术架构MB（Metal Bonding，金属接合）和GB（Glue Bonding），目前发光效率已可达80lm/W，预计年底进入量产。新版的GB进一步改变出光方式，使用蓝宝石（Sapphire）为基板，在实验室的数据则已达100lm/W。
先来看四元（(AlxGa1-x)yIn1-yP）LED，早期以GaAs为基板（substrate）在上面长晶，发出来的光有部分被黑色的基板表面所吸收，使发光效率不理想，改善的方式是长一层DBR布拉格反射层，使得光的反射增加，但这反射只能针对特定波长，大的角度会被吸收，所以也不是太理想，不过亮度却已增加了50％。
后来Lumileds改采GaP为基板，使用透明基板避开了上述黑色吸收光的问题，基板和磊晶间采用芯片接合（wafer bonding）的方式，因此亮度又增为最初期的250％。这个技术奠定了Lumileds在四元LED为领导厂商的基础，Lumileds也因为该技术申请了多方面的专利，包括芯片固态接合技术及透明基板加工技术。
那么台湾厂商要怎么样来解专利呢？首先是基板由GaP改为Si，表面则由透明基板改为金属镜面（metal mirror），接合方式改用胶来接合，这就是晶电发展的OMA（Omni-directional Mirror Adherence，全方位镜面接合）架构，亮度则再进一步增加为300％。这与Lumileds的方式有明显差异，一来不是用透明基板，二来不是用固态接合，而是用有机方式。
编者按：发光二极管（LED）的亮度一直增加，效能表现精进，致使它成为广泛应用光源的机会大增，才是这几年的事。事实上，LED技术发展的空间非常大。晶元光电研发中心协理谢明勋表示，半导体产业进入成熟阶段，产品进入规格化，量很大，产业发展走向代工，厂商优劣就变成是在比管理。
相较起来，LED才处于成长起步阶段，产品规格还都不一致，产品生命周期也很短，虽然研发人员因此特别辛苦，但这时机会也最多。他认为LED的技术开发，可能还有10年可以玩，就像四元LED，每一年多就以50％的效能增加，未来技术发展可能超乎想象，或许以后的LED，会跟现在的完全不同也有可能。
■LED也有摩尔定律 每1824个月效能加倍
半导体界有著名的摩尔定律，LED界其实也有一样的定律，这个定律由Lumileds的Roland Haitz所提出，他认为近30年来，每隔1824个月，LED的亮度（flux）就会倍数增加。 山东照明网 http://www.lightingsd.com字串6
LED是在1965年发明的，这个定律走了30年，那么最近准不准呢？答案是超前的，LED的效能表现比预期为快，例如原本估计2010年LED的发光效率可达100 lm/W，但现在看起来这个目标在最近就会达到。
谢明勋给了这个定律一个巧妙的看法，他说只要有人提出一个趋势，产业界就会倾力去完成这个目标，所以其实定律表面看起来是描述产业进化，实际内涵是一种管理技巧。
LED的效能提升就增加了它的应用机会，1960年代所发明的LED只是会亮而已，当时LED的用途是一种人机界面，以不同颜色的光显示是否通电；后来应用面逐渐打开，煞车灯、红绿灯等现在看起来已经是很普遍的应用。
直到四元和蓝光LED兴起，大家似乎才意识到LED的价值，包括手机、车用、室外大型看板等应用已相当普及，现在最热门的LCD TV、笔记型计算机背光源和背投电视又是一个很大的市场，最终应用就是照明设备。
山东照明网 http://www.lightingsd.com字串7
现在冷阴极管（CCFL）的发光效率约70lm/W，Nichia日前发表已开发出100lm/W的LED，发光效率已经超越传统光源；理论上，LED的白光发光效率可以达到200lm/W。
■OMA加粗化 四元LED取出效率增为4倍
LED的发光效率必须透过增加内在效能（internal efficiency）和取出效率（Light Extraction）两方面来增进，包括P-N junction发光层效率的改善，或用不同基板和各种长晶技术等各方面技术推进。
▲晶电的OMA技术，改用矽为基板材料，发光效率增加23倍，由原本的1520lm/W，增加到50lm/W
进一步的改善则是表面粗化处理，因为在原本平坦表面，入射角17度以内的光线可以取出，但超过17度就会反射回来，经过粗化处理后则可增加取出率，这时亮度又进一步成为400％。
山东照明网 http://www.lightingsd.com字串7
在与国联合并后，新晶电进一步研发国联原本的技术架构MB（Metal Bonding，金属接合）和GB（Glue Bonding），目前发光效率已可达80lm/W，预计年底进入量产。新版的GB进一步改变出光方式，使用蓝宝石（Sapphire）为基板，在实验室的数据则已达100lm/W。
先来看四元（(AlxGa1-x)yIn1-yP）LED，早期以GaAs为基板（substrate）在上面长晶，发出来的光有部分被黑色的基板表面所吸收，使发光效率不理想，改善的方式是长一层DBR布拉格反射层，使得光的反射增加，但这反射只能针对特定波长，大的角度会被吸收，所以也不是太理想，不过亮度却已增加了50％。
后来Lumileds改采GaP为基板，使用透明基板避开了上述黑色吸收光的问题，基板和磊晶间采用芯片接合（wafer bonding）的方式，因此亮度又增为最初期的250％。这个技术奠定了Lumileds在四元LED为领导厂商的基础，Lumileds也因为该技术申请了多方面的专利，包括芯片固态接合技术及透明基板加工技术。
山东照明网 http://www.lightingsd.com字串2
那么台湾厂商要怎么样来解专利呢？首先是基板由GaP改为Si，表面则由透明基板改为金属镜面（metal mirror），接合方式改用胶来接合，这就是晶电发展的OMA（Omni-directional Mirror Adherence，全方位镜面接合）架构，亮度则再进一步增加为300％。这与Lumileds的方式有明显差异，一来不是用透明基板，二来不是用固态接合，而是用有机方式。
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