LED顯示屏中所用的藍(lán)色與綠色芯片解析

　　技術(shù)發(fā)展趨勢展望

　　通過外延材料制備技術(shù)的提高和器件物理結(jié)構(gòu)設(shè)計的優(yōu)化，藍(lán)、綠光LED技術(shù)在過去20年里取得了令人矚目的發(fā)展。同時，歸功于性能的不斷提升以及成本的快速下降，應(yīng)用領(lǐng)域和規(guī)模也得到了極大的發(fā)展。但是，展望未來更富有挑戰(zhàn)性的通用照明新領(lǐng)域，LED技術(shù)更進(jìn)一步的突破是必須的。這一次的突破將更為集中地圍繞如何降低LED的使用成本，關(guān)鍵有三個發(fā)展方向：（1）降低器件的制造成本；（2）提高器件的電光轉(zhuǎn)換效率；（3）提高器件的輸入功率。

　　1、降低器件的制造成本

　　LED器件的制造成本相對硅基器件而言還是很高的，這主要是由于該產(chǎn)業(yè)的規(guī)模以及技術(shù)發(fā)展程度還遠(yuǎn)不及硅基半導(dǎo)體工業(yè)。但是，參考成熟半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展歷程，我們可以預(yù)期LED器件的制造成本將在未來10年有持續(xù)下降空間。主要的成本節(jié)約貢獻(xiàn)將重點依靠三個部分：（1）核心設(shè)備制造技術(shù)的進(jìn)步將成倍提高生產(chǎn)效率，從而顯著降低折舊成本，最為典型的就是GaN外延的MOCVD設(shè)備；（2）加工圓片的尺寸成倍提升，從目前主流的2英寸圓片發(fā)展到4英寸，將大大降低芯片工藝的加工成本；（3）產(chǎn)業(yè)規(guī)模的級數(shù)擴(kuò)大將顯著降低消耗原物料的成本和綜合管理成本。綜合這些因素，可以預(yù)期未來10年LED芯片的成本將會持續(xù)降低，這將進(jìn)一步刺激LED新興應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

　　2、提高器件的電光轉(zhuǎn)換效率

　　LED器件電光轉(zhuǎn)換效率的提升也將顯著降低最終客戶的使用成本，這里的成本節(jié)約體現(xiàn)在兩方面：一方面是單位流明亮度的芯片成本將隨著芯片發(fā)光效率的提升而下降；另一方面是電能的節(jié)約，比如從能效25%的芯片技術(shù)發(fā)展到50%的技術(shù)，將實現(xiàn)節(jié)能一半的效果。而且更有意義的是，節(jié)能的效益不僅體現(xiàn)在經(jīng)濟(jì)上，還體現(xiàn)在社會效益上。因此，在轉(zhuǎn)換效率提升的研究上，將繼續(xù)獲得大量商業(yè)和政府的研發(fā)資源。

　　電光轉(zhuǎn)換效率的提升將沿著前述的兩個方向持續(xù)推進(jìn)：（1）內(nèi)量子效率的提升；（2）取光效率的提升。內(nèi)量子效率的提升主要依靠MOCVD外延材料制備技術(shù)的進(jìn)步，通過改善發(fā)光層量子阱（MQW）的晶體質(zhì)量，提高器件的載流子注入效率和復(fù)合效率，這方面的提升空間目前已經(jīng)變得較為有限。相反，取光效率的提升還有很大的開發(fā)空間，這方面的主要工作將在于：（1）進(jìn)一步優(yōu)化界面粗糙化的工藝，從而提高光從發(fā)光層逸出的效率；（2）改善芯片切割工藝，減少透明藍(lán)寶石襯底側(cè)面亮度吸收損失。

　　3、提高器件的輸入功率

　　在可以保持器件電光轉(zhuǎn)換效率不變的前提下，通過提高單位面積芯片的輸入功率，也可以達(dá)到降低使用成本的效果。這個努力方向依賴兩方面的技術(shù)進(jìn)步：一方面，需要盡可能降低芯片以及封裝結(jié)構(gòu)的熱阻，這樣可以在一定的器件工作溫度上限內(nèi)提高輸入功率水平；另一方面，需要改善器件MQW結(jié)構(gòu)設(shè)計，使其可以在更高注入載流子密度的條件下保持一定的電光轉(zhuǎn)換效率。在器件熱阻控制的研究方向，目前LED產(chǎn)品領(lǐng)域還有許多空間可供開發(fā)，特別是在低熱阻的焊接固晶技術(shù)、高導(dǎo)熱系數(shù)的焊接材料以及芯片支架材料方面，都是值得認(rèn)真研究的。

　　結(jié)論

　　GaN基藍(lán)、綠光LED技術(shù)過去二十幾年的進(jìn)步，已經(jīng)開始在全球開啟了一個嶄新的固態(tài)新光源時代，這個技術(shù)不但帶來了色彩斑斕、節(jié)能環(huán)保的新光源，而且正孕育著一個更為廣闊的市場空間--固態(tài)通用照明市場。由于該技術(shù)巨大的節(jié)能效益以及其材料的環(huán)保特征，許多戰(zhàn)略研究項目得到了各主要國家的高度關(guān)注，同時，也吸引了大批企業(yè)投身其中參與產(chǎn)品開發(fā)和推廣。有理由相信，在未來10年內(nèi)，GaN基藍(lán)、綠光LED技術(shù)的發(fā)展必將促成一個欣欣向榮的新型固態(tài)照明市場！