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今天，白光LED仍舊存在著發光均勻性不佳、封閉材料的壽命不長等問題，無法發揮白光LED被期待的應用優點。但就需求層面來看，不僅一般的照明用途，隨著手機、LCD TV、汽車、醫療等的廣泛應用，使得最合適開發穩定白光LED的技術研究成果就廣泛的被關注。
改善白光LED的發光效率，目前有兩大方向，一是提高LED芯片的面積，藉此增加發光量。二是把幾個小型芯片一起封裝在同一個模塊下。
藉由提高芯片面積來增加發光量
雖然，將LED芯片的面積予以大型化，藉此能夠獲得高得多的亮度，但因過大的面積，在應用過程和結果上也會出現適得其反的現象。所以，針對這樣的問題，部分LED業者就根據電極構造的改進和覆晶的構造，在芯片表面進行改良，來達到50lm/W的發光效率。例如在白光LED覆晶封裝的部分，由于發光層很接近封裝的附近，發光層的光向外部散出時，電極不會被遮蔽，但缺點就是所產生的熱不容易消散。
并非進行芯片表面改善后，再加上增加芯片面積就絕對可以迅速提升亮度，因為當光從芯片內部向外擴散射時，芯片中這些改善的部分無法進行反射，所以在取光上會受到一點限制，根據計算，最佳發揮光效率的LED芯片尺寸是在7mm2左右。
如何提高白光LED的光輸出效率
利用封裝數個小面積LED芯片快速提高發光效率
和大面積LED芯片相比，利用小功率LED芯片封裝成同一個模塊，這樣是能夠較快達到高亮度的要求，例如，Citizen就將8個小型LED封裝在一起，讓模塊的發光效率達到了60lm/W，堪稱是業界的首例。
但這樣的做法也引發的一些疑慮，因為是將多顆LED封裝在同一個模塊上，必須置入一些絕緣材料，以免造成LED芯片間的短路情況發生，如此一來就會增加了不少的成本。
對此CiTIzen的解釋是：“對于成本的影響幅度是相當小的，因為相較于整體的成本比例，這些絕緣材料僅不到百分之一，并可以利用現有的材料來做絕緣應用，這些絕緣材料不需要重新開發，也不需要增加新的設備來因應?！?/p>
雖然CiTIzen的解釋理論上是合理的，但是，對于無經驗的業者來說，這就是一項挑戰，因為無論在良率、研發、生產工程上都是需要予以克服的。還有其它方式可達到提高發光效率的目標，許多業者發現，在LED藍寶石基板上制作出凹凸不平坦的結構，這樣或許可以提高光輸出量，所以，有逐漸朝向在芯片表面建立Texture或Photonics結晶的架構。例如德國的OSRAM就是以這樣的架構開發出“Thin GaN”高亮度LED。原理是在InGaN層上形成金屬膜，之后再剝離藍寶石，這樣，金屬膜就會產生映像的效果而獲得更多的光線取出，根據OSRAM的資料顯示，這樣的結構可以獲得75％的光取出效率。
除了芯片的光取出方面需要做努力外，因為期望能夠獲得更高的光效率，在封裝的部分也是必須做一些改善。事實上，每多增加一道的工程都會對光取出效率帶來一些影響，不過，這并不代表著，因為封裝的制程就一定會增加更高的光損失，就像日本OMROM所開發的平面光源技術，就能夠大幅度的提升光取出效率，這樣的結構是將LED所射出的光線，利用LENS光學系統以及反射光學系統來做控制的，所以OMROM稱之為“Double reflecTIon ”。利用這樣的結構，可將傳統炮彈型封裝等的LED所造成的光損失，針對封裝的廣角度反射來獲得更高的光效率，更進一步的是，在表面所形成的Mesh上進行加工，而形成雙層的反射效果，這樣的方式可以得到不錯的光取出效率控制的。因為這樣特殊的設計，利用反射效果達到高光取出效率的LED，主要的用途是針對LCD TV背光所應用的。
封裝材料和熒光材料的重要性增加
如果期望用來作為LCD TV背光應用的話，那幺需要克服的問題就會更多了。因為LCD TV的連續使用時間都是長達數個小時，甚至10幾個小時，所以，由于這樣長時間的使用情況下，拿來作為背光的白光LED就必須擁有不會因為連續使用而產生亮度衰減的情況。
目前已發表的高功率的白光LED，它的發光功率是一個低功率白光LED亮度的數十倍，所以期望利用高功率白光LED來代替熒光燈作為照明設備的話，有一個必須克服的困難就是亮度遞減的情況。例如，白光LED長時間連續使用1W的情況下，會造成連續使用后半段時間的亮度逐漸降低的現象，不是只有高功率白光LED才會出現這樣的情況，低功率白光LED也會存在這樣的問題，只不過是因為低功率白光應用的產品不同，所以，并不會因此特別突顯出這樣的困擾。
使用的電流愈大，所獲得的亮度就愈高，這是一般對于LED能夠達到高亮度的觀念，不過，因為所使用的電流增加，因此封裝材料是否能夠承受這樣長時間的因為電流所產生的熱，也因為這樣的連續使用，往往封裝材料的熱抵抗會降到10k/w以下。
高功率LED的發熱量是低功率LED的數十倍，因此，會出現隨著溫度上升，而出現發光功率降低的問題，所以在能夠抗熱性高封裝材料的開發上，相對顯的非常重要。
或許在20～30lm/W以下的LED，這些問題都不明顯，但是，一旦面臨60lm/w以上的高發光功率LED的時候，就需要想辦法解決的。熱效應所帶來的影響，絕對不會僅僅只有LED本身，而是會對整個應用產品帶來困擾，所以，LED如果能夠在這一方面獲得解決的話，那幺，也可以減輕應用產品本身的散熱負擔。因此，在面對不斷提高電流情況的同時，如何增加抗熱能力，也是現階段的急待被克服的問題。從各方面來看，除了材料本身的問題外，還包括從芯片到封裝材料間的抗熱性、導熱結構及封裝材料到PCB板間的抗熱性、導熱結構和PCB板的散熱結構等，這些都需要作整體性的考量。例如，即使能夠解決從芯片到封裝材料間的抗熱性，但因從封裝到PCB板的散熱效果不好的話，同樣也是造成LED芯片溫度的上升，出現發光效率下降的現象。所以，就像是松下就為了解決這樣的問題，從2005年開始，便把包括圓形、線形、面型的白光LED，與PCB基板設計成一體，來克服可能因為出現在從封裝到PCB板間散熱中斷的問題。但并非所有的業者都像松下一樣，因為各業者的策略關系，有的業者以基板設計的簡便為目標，只針對PCB板的散熱結構進行改良。還有相當多的業者，因為本身不生產LED，所以只能在PCB板做一些研發，但僅此還是不夠的，所以需要選擇散熱性良好的白光LED。能讓PCB板上用的金屬材料，能與白光LED封裝中的散熱槽緊密連接，達到散熱的能力。這樣看起來好象只是因為期望達到散熱，而把簡單的一件事情予以復雜化，到底這樣是不是符合成本和進步的概念？以今天的應用層面來說，很難做一個判斷，不過，是有一些業者正朝向這方面作考量，例如CiTIzen在2004年所發表的產品，就是能夠從封裝上厚度為2～3mm的散熱槽向外散熱，提供應用業者能夠因為使用了具有散熱槽的高功率白光LED，能讓PCB板的散熱設計得以發揮。
封裝材料的改變使白光LED壽命達原先的4倍
發熱的問題不是只會對亮度表現帶來影響，同時也會對LED本身的壽命出現挑戰，所以在這一部份，LED不斷的開發出封裝材料來因應持續提高中的LED亮度所產生的影響。
過去用來作為封裝材料的環氧樹脂，耐熱性比較差，可能會出現在LED芯片本身的壽命到達前，環氧樹脂就已經出現變色的情況，因此，為了提高散熱性，必須讓更多的電流獲得釋放。除此之外，不僅因為熱現象會對環氧樹脂產生影響，甚至短波長也會對環氧樹脂造成一些問題，這是因為環氧樹脂相當容易被白光LED中的短波長光線破壞，即使低功率的白光LED就已經會造成環氧樹脂的破壞，更何況高功率的白光LED所含的短波長的光線更多，惡化自然也加速，甚至有些產品在連續點亮后的使用壽命不到5，000小時。所以，與其不斷的克服因為舊有封裝材料－環氧樹脂所帶來的變色困擾，不如朝向開發新一代的封裝材料的選擇。目前在解決壽命這一方面的問題，許多LED封裝業者都朝向放棄環氧樹脂，而改用了硅樹脂和陶瓷等作為封裝的材料。根據統計，因為改變了封裝材料，事實上可以提高LED的壽命。就資料上來看，代替環氧樹脂的封裝材料－硅樹脂，就具有較高的耐熱性，根據試驗，即使是在攝氏150～180度的高溫，也不會變色的現象，看起來似乎是一個不錯的封裝材料。
硅樹脂能夠分散藍色和近紫外光，與環氧樹脂相比，硅樹脂可以抑制材料因為電流和短波長光線所帶來的劣化現象，緩和光穿透率下降的速度。以目前的應用來看，幾乎所有的高功率白光LED產品都已經改用硅樹脂作為封裝的材料，例如，相對于波長400～450nm的光，環氧樹脂約在個位的數百分比左右，但硅樹脂對400～450nm的光線吸收卻不到百分之一，這樣的落差，使得在抗短波長方面，硅樹脂有著較出色的表現。
就壽命表現度而言，硅樹脂可以達到延長白光LED使用壽命的目標，甚至可以達到4萬小時以上的使用壽命。但是不是真的適合用來做照明的應用還有待研究，因為硅樹脂是具有彈性的柔軟材料，所以在封裝的過程中，需要特別注意應用的方式，從而設計出最適當的應用技術。
對于未來應用方面，提高白光LED的光輸出效率將會是決勝的關鍵點。白光LED的生產技術，從過去的藍色LED和*YAG熒光體的組合，開發出仿真白光，到利用三色混合或者使用GaN材料，開發出白光LED，對于應用來說，已經可以看的出將會朝向更廣泛的方向擴展。另外，白光LED的發光效率，已經有了不錯的發展，日本LED照明推進協會的目標是，期望能夠在2009年達到100lm/w的發光效率，所以預計在數年內，100lm/w發光效率就能夠實際上商業化應用。
日亞化學積極開發白光半導體雷射
在期望LED達到色純度較高的白光及高亮度的要求下，各業者不斷的從每一領域加以改善，而達到這一目標，但在進展速度上，看起來仍舊相當的緩慢。因此部分業者開始考慮采用其它的技術，來實現目前業界對于類似白光LED的光亮度要求。在高亮度藍、白光LED領域的日亞化學，便將一部份的研發方向，朝向開發白光雷射做努力。
日亞化學利用與白光LED相同的GaN系材料制作半導體雷射，開發出了白光光源，以目前的表現來說，輝度已經能夠達到10cd/mm左右，現有的白光LED如果期望達到這個輝度值是相當困難的，即使增加電流期望亮度增加，但這樣將會使得接合點的溫度上升，所帶來的結果不僅會使整個發光效率降低外，還會浪費相當多的電量。
日亞化學所開發的白光半導體雷射，在芯片端不再使用熒光材料，而是將發光部分和白光產生的部分分開處理，利用200mw的藍紫色半導體雷射，發出405nm的波長光線，把藍色或藍紫色半導體雷射與光纖的面進行連接，讓白光從涂了熒光材料光纖的另一面發射出來，而所產生出來的白光直徑僅有1.25mm，這個面積只有相同光量白光LED的1/20，所需的功耗不到0.1W，所以，在散熱部分也不需要太多考慮。
雖然看起來在特性的方面是相當的不錯，不過還是有一些缺點的，在使用壽命上，只有3，000小時左右，價格太貴。雖然價格的問題花一點時間就可以下降一些，但是以現在30萬日圓的水準來看的，要降到3，000甚至300日元，可能需要10年以上的時間。
責任編輯：ct
工商網監
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