业界人士在研讨会上纵论“白色LED现状与课题”

【日经BP社报道】

图1：“白色LED 2005”研讨会现场 
 
图2：日亚化学工业的长浜手拿使用半导体激光器的白色光源的发光部分
　　白色发光二极管（LED）的发光效率正在迅速改善，亮度也在快速提高。“白色LED何时能够超过荧光灯而得到100lm/W以上的发光效率？要想应用于照明设备、车载设备及液晶面板等领域，需要解决哪些课题？”这些问题引起了与会者的浓厚兴趣。2005年6月24日在由《日经电子》杂志主办的“白色LED 2005——实现高功率 向照明与车载领域普及”技术研讨会上，日本国内外LED厂商就高功率白色LED的开发动向、日本国内照明设备厂商就采用白色LED的照明设备的应用课题等发表了演讲（图1）。在技术发表中，有的预测说“超过100lm/W的发光效率最早要等到2008年”，有的则介绍了目前正在开发的高功率白色LED的特点。另外，还有很多演讲则举出了“白色LED的电气特性存在着严重的不稳定性”和“假如没有非使用白色LED不可的设备，就很难出现爆炸式的普及趋势”等课题。

“媲美于荧光灯的发光效率”可能要等到2008年

　　在发表演讲的LED厂商中，就100lm/W发光效率的实现时间，日本西铁城电子做出了最具挑战性的预测。演讲中，该公司介绍了前不久发布的发光效率（70lm/W）和光通量（每个封装245lm）均为全球最高的白色LED的电气特性及电路结构，同时还公开了有关发光效率的开发蓝图。据称，输入功率为1W级的白色LED将在2008年早些时候达到110lm/W。据称目前已经找到了可将发光效率提高至90lm/W的技术课题与解决方法。70lm/W的白色LED是使用24个约0.3mm见方的蓝色LED芯片，再配合高散热性封装而实现的。

　　丰田合成公开的开发蓝图称，100lm/W发光效率的实现时间在2008年底～2009年初。该公司认为，在改善发光效率的同时，还需要扩大白色LED发光颜色的范围。为此需要对荧光材料进行新的研究，并且声称该公司目前正在开发的“BOS（barium aluminum garnet）”类荧光材料非常适合于以后的白色LED。与普通白色LED使用的YAG类荧光材料相比，BOS类荧光材料与LED芯片配合所能得到的发光颜色范围在CIE色度图中达2倍以上。即便与蓝色LED芯片或近紫外LED芯片相配合，也能有效地激发BOS类荧光材料的发光状态。YAG类荧光材料尽管能够被蓝色光有效地激发，但几乎不能被近紫外光所激发。

亮度已达标，课题是如何改善电气特性的不稳定性

　　日亚化学工业谈到了实现白色LED 100lm/W发光效率的开发蓝图，同时还谈到了如何才能将白色LED作为照明设备光源来普及的问题。白色LED要想广泛地向照明设备领域普及，目前存在两大课题。一是如何提高作为照明设备的性能，二是作为照明设备的定位问题。对于第1个课题，该公司目前的开发方向是：为了提高发光效率，在LED芯片的蓝宝石底板和GaN类化合物半导体的界面设计凹凸，以此提高LED芯片的光出射效率。另外，不仅要对提高发光效率的LED芯片本身进行改进，还必须考虑LED的配置，以及如何提高LED的供电效率等问题，将其作为光源系统进行开发。因此，必须和设备厂商等相关领域进行合作。

　　至于作为照明设备的定位问题，该公司则表示：“即使白色LED能够成为照明设备的光源，荧光灯和白炽灯等传统光源也不会就此消失。今后可能会出现能够充分利用LED具有的小型、配置自由度高等特性的照明设备。”（日亚化学工业 第二部门 业务规划本部 业务规划部 部长代理大黑弘树），并强调要与LED业界和照明业界进行通力合作。

　　对白色LED照明设备的市场定位及今后的课题，松下电工从照明设备厂商的立场发表了演讲。以手电筒和装有白色LED的女性化妆小手镜等自己的产品为例，介绍了白色LED照明的现状。不过，白色LED目前只是用于部分照明领域。此外，还谈到了成功与失败的商品开发案例等内幕，现场气氛一直非常活跃。

　　作为今后的课题，松下电工提到了如下几点：一是进一步提高白色LED的光功率，二是改善色温与正向电压（VF）等特性的不稳定性，三是降低单位光通量的成本。在提高光功率方面，以该公司发布的每个封装光通量为250lm的白色LED模块为例，介绍说基本上已经达到了预期标准。但在特性不稳定性方面，该公司则表示“荧光灯和白炽灯根本不存在特性不稳定性问题。所以，LED的特性就是不稳定——LED业界的这种常识在照明业界根本行不通。目前的特性不稳定程度作为照明设备来说，照明业界大概不会接受”（松下电工 LED·特品·新市场开发中心 LED业务推进部 业务规划小组负责人大利富夫）。

　　白色LED的VF目前甚至会出现1V的误差。比如，为了用于照明设备而将6个白色LED串联时，假如VF出现1V的误差，那么由这种不稳定性而导致的电力损耗将达到整个耗电量的36％。在单位光通量的成本方面，该公司预计2010年将降至接近荧光灯的水平。

准备用于投影设备光源，甚至可能取消散热片

　　作为目前正在开发的高功率LED及其应用事例，德国欧司朗光半导体（OSRAM Opto Semiconductors GmbH）和美国Lumileds Lighting，LLC公司发表了演讲。欧司朗介绍了热变电阻仅4K/W的LED模块“OSTAR”。作为该LED模块的应用目标，前投型和背投型投影机使用的光源均已成为其有力候选者。OSTAR是在陶瓷底板上设置4个1mm见方的大尺寸LED芯片后，再将这种陶瓷底板与个别元件封装于印刷电路板而实现的。假如将使用24～36个LED芯片的OSTAR用于背投型投影机的光源，那么在50英寸的画面尺寸条件下就能得到500cd/m2的画面亮度。为了封装大量的LED芯片，准备使用多个上面提到的封装有LED芯片的陶瓷底板。

　　配置于各陶瓷底板的4个LED芯片，有2个是绿色LED芯片，红色和蓝色LED芯片各1个。作为与这些光源配合使用的显示元件，设想使用DMD和LCOS等反射型面板。

　　Lumileds公司则介绍了该公司最新的白色LED模块“Luxeon K2”。其特点是比老产品“Luxeon I”大幅提高了光功率。通过改进芯片，将同一尺寸的芯片光功率提高了10～30％。另外，还通过将最高焊接温度由135℃提高至185℃，提高了最大光功率值（最大电流值）。

　　Lumileds公司介绍说，使用Luxeon K2，将会大幅提高设备厂商的易操作性。比如，使用数量与Luxeon I相同的模块，会使光功率得到提高就不用说了，假如是同样的光功率，模块的用量就会少一些，因此能够削减成本。比如，使用7个模块，在焊接温度为150℃的条件下老产品的亮度为268lm，而新产品则可达到600lm。另外，甚至不需要使用散热片，就能得到同样的功率。比如，过去在带有散热片的印刷电路板上封装7个白色LED可得到268lm，而新产品不使用散热片，且少用一个即用6个LED即可得到268lm。

触摸时不感到热

　　在有关高功能白色LED的光源方面，日亚化学工业就使用半导体激光器的白色光源发表了演讲。这种白色光源选用GaN类蓝色或蓝紫色半导体激光器作为光源，将光纤的一头连接到激光器的出射面，再由涂布了荧光材料的另一头将来自半导体激光器的光照射出去，由此就形成了白色光。亮度达到了11cd/mm2，与数cd/mm2的卤素灯和十几cd/mm2的HID灯相匹敌。因此，尽管业界有人担心发光部位的发热问题，但该公司表示“虽说会有发热产生，但并非完全无法忍受”（日亚化学工业 第二部门 第一技术本部 LD第一技术部 部长代理长浜慎一），并且强调说通过对发光部位采取措施，发热量并不大（图2）。这是因为发热的光源部位与发白色光的发光部分被光纤隔开了。

　　该公司表示，今后准备通过在发光部位的形状上采用反射板结构，使白色光具有一定的定向性，以此提高亮度。采用这种反射板结构的品种计划2005年底开始供应样品。（记者：大久保 聪，根津 祯，小谷 卓也）