科銳公司在2014年3月發佈了發光效率為303lm/W的白色LED，這個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，「應該是採用了與藍色LED和黃色螢光材料的組合不同的技術」。

實際上，如果採用構造與以往的白色LED不同的技術，發光效率的理論極限要高得多。若不使用螢光材料，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，但輸給了日亞化學工業的技術，主要有兩點原因：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制各LED的驅動電流。

第二，與紅色和藍色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，但生長晶體時非常難控制In的組成比例，因此無法製作高品質晶體。

調色功能成為LED照明的軸心

最近荷蘭皇家飛利浦重新挑戰這種多色LED方式，該公司採用多色LED方式，於2013年4月開發出了發光效率為200lm/W的直管型LED燈 「TLED」，針對綠色發光改進了方法，確保了所需的發光效率，這項方法是通過組合藍色LED與自主開發的高效率綠色螢光材料來實現。

另外，飛利浦還導入了根據各色LED發光狀態的時間變化，來控制各LED驅動電流的機制，達到能一直保持白色狀態；並且利用該機制，還實現了可選擇不同顏色的調色功能。

飛利浦把將這種基於多色LED的調色功能，與利用通信功能遠程控制照明器具的智能照明功能組合在一起，作為LED照明的重要附加值提供，估計這是打 算重新構築LED照明產品群的戰略，包括2012年10月上市可顯示1677萬色的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螢光材料，而是全力開發具備高發光效率的綠色LED，例如名古屋大學研究生院工學系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最高只有20％左右。

此前，很多研究人員和企業都放棄了提高綠色LED的InGaN晶體品質。因為，只要晶體生長時的溫度稍有偏差，就會出現In過剩或者不足的情況。

天野研究室採取的是實時、詳細地觀察晶體生長的方法。在晶體生長時邊照射3種波長的激光，邊觀察晶體狀態，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」。

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新基板有關。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，但優點是都蘊藏著能大幅超越以往白色LED技術的衝擊力，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，不過為解決存在的課題，正在加速開發。新基板將在與藍寶石基板的競爭中，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晶體的「GaN on Si」技術。該技術最近突然開始受到關注。

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

GaN on Si技術還有其他優點。比如通過採用半導體製造技術，可提高加工效率，能與其他電路集成等，有望催生新的附加值。

另外，GaN on Si雖然備受期待但並不是新技術，直到最近才開始推進實用化，這是因為一直未能解決技術問題。例如，由於GaN與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。因為熱膨脹係數不同，存在晶體破損和硅晶圓曲翹的問題。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Si會吸收可見光，是作為LED基板來說最致命的問題。

來源：日經技術在線