LED显示屏中所用的蓝色与绿色芯片解析

　　技术发展趋势展望

　　通过外延材料制备技术的提高和器件物理结构设计的优化，蓝、绿光LED技术在过去20年里取得了令人瞩目的发展。同时，归功于性能的不断提升以及成本的快速下降，应用领域和规模也得到了极大的发展。但是，展望未来更富有挑战性的通用照明新领域，LED技术更进一步的突破是必须的。这一次的突破将更为集中地围绕如何降低LED的使用成本，关键有三个发展方向：（1）降低器件的制造成本；（2）提高器件的电光转换效率；（3）提高器件的输入功率。

　　1、降低器件的制造成本

　　LED器件的制造成本相对硅基器件而言还是很高的，这主要是由于该产业的规模以及技术发展程度还远不及硅基半导体工业。但是，参考成熟半导体行业的发展历程，我们可以预期LED器件的制造成本将在未来10年有持续下降空间。主要的成本节约贡献将重点依靠三个部分：（1）核心设备制造技术的进步将成倍提高生产效率，从而显着降低折旧成本，最为典型的就是GaN外延的MOCVD设备；（2）加工圆片的尺寸成倍提升，从目前主流的2英寸圆片发展到4英寸，将大大降低芯片工艺的加工成本；（3）产业规模的级数扩大将显着降低消耗原物料的成本和综合管理成本。综合这些因素，可以预期未来10年LED芯片的成本将会持续降低，这将进一步刺激LED新兴应用领域的发展。

　　2、提高器件的电光转换效率

　　LED器件电光转换效率的提升也将显着降低最终客户的使用成本，这里的成本节约体现在两方面：一方面是单位流明亮度的芯片成本将随着芯片发光效率的提升而下降；另一方面是电能的节约，比如从能效25%的芯片技术发展到50%的技术，将实现节能一半的效果。而且更有意义的是，节能的效益不仅体现在经济上，还体现在社会效益上。因此，在转换效率提升的研究上，将继续获得大量商业和政府的研发资源。

　　电光转换效率的提升将沿着前述的两个方向持续推进：（1）内量子效率的提升；（2）取光效率的提升。内量子效率的提升主要依靠MOCVD外延材料制备技术的进步，通过改善发光层量子阱（MQW）的晶体质量，提高器件的载流子注入效率和复合效率，这方面的提升空间目前已经变得较为有限。相反，取光效率的提升还有很大的开发空间，这方面的主要工作将在于：（1）进一步优化界面粗糙化的工艺，从而提高光从发光层逸出的效率；（2）改善芯片切割工艺，减少透明蓝宝石衬底侧面亮度吸收损失。

　　3、提高器件的输入功率

　　在可以保持器件电光转换效率不变的前提下，通过提高单位面积芯片的输入功率，也可以达到降低使用成本的效果。这个努力方向依赖两方面的技术进步：一方面，需要尽可能降低芯片以及封装结构的热阻，这样可以在一定的器件工作温度上限内提高输入功率水平；另一方面，需要改善器件MQW结构设计，使其可以在更高注入载流子密度的条件下保持一定的电光转换效率。在器件热阻控制的研究方向，目前LED产品领域还有许多空间可供开发，特别是在低热阻的焊接固晶技术、高导热系数的焊接材料以及芯片支架材料方面，都是值得认真研究的。

　　结论

　　GaN基蓝、绿光LED技术过去二十几年的进步，已经开始在全球开启了一个崭新的固态新光源时代，这个技术不但带来了色彩斑斓、节能环保的新光源，而且正孕育着一个更为广阔的市场空间--固态通用照明市场。由于该技术巨大的节能效益以及其材料的环保特征，许多战略研究项目得到了各主要国家的高度关注，同时，也吸引了大批企业投身其中参与产品开发和推广。有理由相信，在未来10年内，GaN基蓝、绿光LED技术的发展必将促成一个欣欣向荣的新型固态照明市场！