無熒光粉雙波長白光LED

白光LED依照發(fā)光方式，大致上可以分成3種，其中波長介于410~460nm的藍(lán)光LED+黃色螢光粉產(chǎn)生白光的方式最普遍，同時(shí)也是效率與量產(chǎn)性最好的方式，不過各LED廠商握有各式各樣的專利，加上螢光粉本身的生產(chǎn)管理還未建立，因此不容易低成本大量生產(chǎn)。

除此之外，波長介于365~460nm的紫外光+RGB螢光體的白光方式，以及組合RGB三個(gè)光原色方式同樣可以獲得白光，不過紫外光方式的封裝材料與周邊元件，長時(shí)間暴露在紫外光環(huán)境下有劣化之虞，RGB方式則有波長漂移與控制復(fù)雜等困擾，因此國外業(yè)者開發(fā)雙波長白光LED。

發(fā)展歷程

圖1是傳統(tǒng)藍(lán)光LED+螢光體，與雙波長白光LED的封裝結(jié)構(gòu)比較，由圖可知雙波長白光LED具備不需作螢光粉調(diào)配，同時(shí)還可以徹底解決RGB三原色LED驅(qū)動(dòng)電路復(fù)雜化問題，獲得的輝度、波長、演色性，還可以在一定范圍內(nèi)自由調(diào)整。

　

圖2是傳統(tǒng)白光LED與雙波長白光LED的發(fā)光原理比較，由圖可知傳統(tǒng)白光LED，利用熒光粉包覆GaN系藍(lán)色晶片獲得白光，雙波長白光LED則利用晶片單體獲得白光。

雙波長白光LED基本結(jié)構(gòu)是在晶片單體上，同時(shí)產(chǎn)生藍(lán)光與黃綠光，再以極短距離使藍(lán)光與黃綠光溷色獲得擬似白光，該擬似白光具有傳統(tǒng)白光LED無法達(dá)成的高透明純淨(jìng)感。

　
圖3是傳統(tǒng)白光LED與雙波長白光LED晶片的結(jié)構(gòu)比較，由于LED廠商握有各式各樣的專利，因此此處只能作概略性說明。如圖所示雙波長白光LED晶片的緩沖Multi Dot Active主要是由:

?多點(diǎn)主動(dòng)(Multi Dot Active)層
?活性層
?Air Ocean層

構(gòu)成，當(dāng)藍(lán)光與黃綠光兩相異波長同時(shí)發(fā)光時(shí)，該部位扮演非常重要的角色，因此研究人員建立各模層的長晶技術(shù)，使雙波長白光LED能夠順利進(jìn)入實(shí)用階段。

　

雙波長白光LED的特征
圖4是目前LED主流藍(lán)光LED+黃色熒光粉，與雙波長LED的元件特性比較結(jié)果，由圖可知雙波長LED的主要特征，分別是:

?製程上可以調(diào)整色調(diào)分佈不均
?可作白色以外發(fā)光
?長壽命

　

主流藍(lán)光LED+黃色螢光體組合的白光LED，最大問題是它的黃色螢光體壽命，比藍(lán)光LED晶片壽命短。LED晶片的使用壽命隨著使用環(huán)境不同，大約是8~10萬小時(shí)，然而熒光粉的使用壽命卻只有1~4萬小時(shí)。

相較之下雙波長白光LED完全未使用螢光體，元件的使用壽命與LED晶片一致，可作長時(shí)間使用，這意味著雙波長白光LED，對(duì)今后照明用途應(yīng)用時(shí)具有深遠(yuǎn)的影響。

此外雙波長白光LED完全未使用熒光粉，它還可以透過晶片製作過程，調(diào)整色調(diào)的分布，尤其是傳統(tǒng)白光LED封裝時(shí)，藍(lán)光LED的波長與光主力必需限制在狹窄的范圍內(nèi)，接著再利用螢光體的含量調(diào)整，進(jìn)行繁瑣複雜的製程控制，相較之下新型雙波長白光LED，在製程的良品率具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

雖然目前絕對(duì)生產(chǎn)數(shù)量還未達(dá)到量化階段，不過雙波長白光LED設(shè)計(jì)時(shí)採用較大的色調(diào)范圍，若將今后的普及化后牽動(dòng)的生產(chǎn)效率問題，以及元件供應(yīng)一併列入考慮，新型雙波長白光LED的成本，擁有絕對(duì)的競爭優(yōu)勢(shì)，尤其是面對(duì)微型封裝與複數(shù)元件封裝時(shí)，它可以輕易滿足客戶要求的嚴(yán)苛基板光源光學(xué)特性。

新型雙波長白光LED是由藍(lán)光、綠光構(gòu)成，因此可以作白色以外的柔性色彩發(fā)光，具體方法是控制水色系與藍(lán)綠色系的波長，依此獲得的色調(diào)比使用螢光體的LED更純淨(jìng)色彩，非常適合對(duì)色度要求非常嚴(yán)苛的LCD背光模組使用。

上述發(fā)光光度已經(jīng)達(dá)到實(shí)用化階段，若與藍(lán)光LED+黃色螢光體的高輝度白光LED比較，新型雙波長白光LED的輝度毫不遜色。

此外透過元件表面加工方法的改善，新型雙波長LED的光度比傳統(tǒng)白光LED更優(yōu)秀。有關(guān)新型雙波長白光LED的演色性，由于它是由藍(lán)光+黃綠光構(gòu)成，因此幾乎沒有紅光溷光的困擾。

波長分佈特性
如上所述新型雙波長白光LED，利用藍(lán)光與黃綠光兩個(gè)相異波長同時(shí)發(fā)光獲得白光。圖5是新型雙波長白光的波長特性，由圖可知藍(lán)光的峰值波長大約是405nm，黃綠光的峰值波長大約是570nm，因此幾乎沒有紅光成份。

新型雙波長白光LED未來有待克服的課題，是擴(kuò)大黃綠光波長范圍。相較之下目前主流藍(lán)光LED+黃色螢光體的白光LED組合，在黃色螢光體成份中含有紅光成份，因此它的演色性不如雙波長白光LED。

圖6是接近黃綠光色調(diào)LED的波長特性，由圖可知新型雙波長白光LED的藍(lán)光峰值波長幾乎固定，黃綠光的峰值波長與流藍(lán)光LED+黃色螢光體的白光LED不同，非常接近530nm，這也是黃綠光與藍(lán)光組合后，能夠?qū)崿F(xiàn)軟調(diào)色彩的主要原因。

新型雙波長白光LED的另一個(gè)特征，是融合黃綠光水色系的波長分布特性。如圖7所示由于藍(lán)光變成強(qiáng)色調(diào)，因此藍(lán)光端的峰值波長幾乎固定，黃綠光的峰值波長則朝短波長端移動(dòng)，相較之下其它色調(diào)的藍(lán)色端與綠色端輸出幾乎一定。

換言之新型雙波長白光LED，主要降低綠色端的輸出，達(dá)成軟調(diào)色彩的目的，此處要強(qiáng)調(diào)的是新型雙波長白光LED，可以依照實(shí)際需要在一定范圍內(nèi)，自由調(diào)整黃綠光與藍(lán)光的發(fā)光波長，獲得前所未有的LED發(fā)光色。

以上介紹新型雙波長白光LED的優(yōu)點(diǎn)，在此同時(shí)研究任人員充分利用傳統(tǒng)封裝技術(shù)，試圖改善新型雙波長白光LED的缺點(diǎn)，藉此建立高輝度化、低成本的技術(shù)。

提高輝度除了選擇高效率封裝方式之外，透過磊晶封裝還可以有效提高輝度，還能夠增加新型雙波長白光LED的附加價(jià)值。

雙波長白光LED與藍(lán)光LED一樣，都是對(duì)靜電非常脆弱的InGaN系半導(dǎo)體元件，因此使用可以提高輝度的多晶片封裝方式時(shí)，必需同時(shí)將靜電保護(hù)元件一起封裝(圖8)。

一般AlGanInP系LED的VF值20mA時(shí)大約2V左右，InGaN系LED則高達(dá)3.3V，換句話說InGaN系雙波長白光LED，應(yīng)用在攜帶型電子機(jī)器時(shí)，必需使用專用驅(qū)動(dòng)IC。

使用新型封裝方式的雙波長白光LED，并未調(diào)整LED的電流值，因此研究人員正在開發(fā)利用定電壓驅(qū)動(dòng)發(fā)光元件，以及可以提高LED的演色性的封裝技術(shù)。
雙波長LED晶片與紅光LED晶片一起封裝，經(jīng)過溷色變成白光(圖9)，然而如此一來各晶片彼此的VF值截然不同，隨著各LED晶片的