高亮度LED解决关键问题前程似锦
然而HP的TIPLED只适用在易于加工的四元红光发光二极管上，对于使用硬度极高的蓝宝石(Sapphire)基板之GaN系列发光二极管而言有相当的困难。2001年初，Cree公司用同样的结构概念(图4)，挟着其基板是SiC的优势，也成功将GaN/SiC发光二极管同样作成具有斜面之LED，并将外部量子效率大幅提升至32%；然而SiC基板比Sapphire贵很多，因此目前在这一技术上，尚无进一步的进展。
表面粗化(surfaceroughness)技术
藉由将组件的内部及外部的几何形状粗化，破坏光线在组件内部的全反射，提升组件的使出效率。这样的方法最早是由日亚化学所提出，其粗化方法基本上是在组件的几何形状上形成规则的凹凸形状，而这种规则分布的结构也依所在位置的不同分为两种形式，一种是在组件内设置凹凸形状，另一种方式是在组件上方制作规则的凹凸形状，并在组件背面设置反射层。由于使用传统制程即可在GaN系化合物半导体层的界面设置凹凸形状，因此上述第一种方式具有较高的实用性。目前若使用波长为405nm的紫外组件，可获得43%外部量子效率，取出效率为60%，为目前全球最高的外部量子效率与取出效率。
芯片黏贴技术(waferbonding)
因为发光二极管所产生的光线在经过多次全反射后，大部份都被半导体材料本身与封装材料所吸收。因此若使用会吸光的GaAs?作为AlGaInP?LED的基板时，将使得发光二极管内部的吸收损失变更大，而大幅降低组件的取光效率。为了减少基板对LED所发出光线的吸收，HP首先提出透明基板之粘贴技术。所谓的透明基板黏贴技术主要是将发光二极管晶粒先在高温环境下施加压力，并将透明的GaP基板粘贴上去，之后再将GaAs除去，如此便可提高二倍的光线取出率。
上述的芯片粘贴技术目前主要还是应用在四元LED组件上，然而近来也开始将此技术运用在GaN?LED上。Osram Opto Semiconductors在2003年2月也发表了新的研究成果－ThinGaN，可将蓝光LED取光效率提升至75%，比传统提升了3倍。
覆晶封装技术(Flipchip)
对于使用蓝宝石基板(sapphire substrate)的GaN系列的材料而言，因为其P极及N极的电极必须做在组件的同一侧，因此若使用传统的封装方法，占组件大部分发光角度的上方发光面将会因为电极的挡光而损失相当程度的光量。所谓的Flip?Chip结构即是将传统的组件反置，并在p型电极上方制作反射率较高的反射层，藉以将原先从组件上方发出的光线从组件其它的发光角度导出，而由蓝宝石基板端缘取光(如图5)。这样的方法因为降低了在电极侧的光损耗，可有接近于传统封装方式两倍左右的光量输出。另一方面，因为覆晶结构可直接藉由电极或是凸块与封装结构中的散热结构直接接触，而大幅提升组件的散热效果，进一步提升组件的光量。
白光led成为舞台焦点
在各色LED发光效率开始大幅提升的同时，将高亮度LED应用于照明的可能性也越来越高。而这样应用的考虑在于如何开发出白光发光二极管。目前利用发光二极管配成白光的方法主要为3种，分别说明如下：
单晶蓝光LED与黄光荧光粉
日亚公司在蓝光发光半导体成功被开发出来之后，随着开发出来的产品便是白光发光二极管。其实日亚公司的白光发光二极管并不是半导体材料本身直接发出白光，而是藉由蓝光发光二极管激发涂布在其上方的黄光YAG荧光粉，荧光粉被激发后产生的黄光与原先用于激发的蓝光互补而产生白光。目前日亚公司市售商品乃是利用460nm的InGaN蓝光半导体激发YAG荧光粉，而产生出555nm的黄光，且已经完全商品化，与其它几家同样在发展高亮度LED的大厂Lumileds Lighting、Cree、丰田合成(Toyoda Gosei)在LED市场上不断在竞合。而随着蓝光晶粒发光效率的不断提升及YAG荧光粉合成技术的逐渐成熟，蓝光晶粒与黄光荧光粉封装的白光发光二极管为目前较成熟的白光发光二极管技术。
单晶型UVLED＋RGB荧光粉
虽然说利用蓝光晶粒配合黄光YAG荧光粉的白光发光二极管封装技术是目前较成熟的技术，但是利用这样方法封装出来的白光发光二极管有几个严重的问题迟迟无法解决。首先是均匀度的问题，因为激发黄光荧光粉的蓝光晶粒实际上参与白光的配色，因此蓝光晶粒发光波长的偏移、强度的变化及荧光粉涂布厚度的改变均会影响白光的均匀度。最常看见的例子便是利用这种方式封成的白光发光二极管，中央的部分看起来较蓝(或较白)，而旁边的区域看起来较黄(荧光粉涂布较厚)，每一颗白光发光二极管的颜色更不尽相同。
另一方面，发展此技术的日亚公司拥有大部分相关于蓝光晶粒制程技术与黄光YAG?荧光粉相关白光发光二极管的专利，而日亚公司对于专利是采取改寡占市场的态度，因此对于利用蓝光晶粒配合黄光荧光粉生产白光发光二极管的厂商均是有苦难言。而利用蓝光晶粒配上黄光荧光粉的白光发光二极管技术，更有白光色温偏高、演色性偏低等问题。因此开发一个效果更好且没有专利问题的技术是目前各发光二极管厂商的重大课题。
UV?LED配上三色(R、G、B)荧光粉提供了另一个方向研发方向。其方法主要是利用实际上不参与配出白光的UV LED激发红、绿、蓝三色荧光粉，藉由三色荧光粉发出的三色光配成白光。这样的方法因为UV LED不实际参与白光的配色，因此UV?LED波长与强度的波动对于配出的白光而言不会特别的敏感。并可藉由各色荧光粉的选择及配比，调制出可接受色温及演色性的白光。而在专利方面，利用UV LED＋RGB荧光粉相关的研发仍有相当的发挥空间。但是这样的技术虽然有种种的优点，但是仍有相当的技术难度，这些困难包括了配合荧光粉紫外光波长之选择(荧光粉最佳转换效率之激发波长)、UV?LED制作的难度及抗UV封装材料的开发等等，均待各研发单位一一去解决。
多晶型RGBLED
将发出红、蓝、绿三种颜色的晶粒，直接封装在一起，藉由红、绿、蓝三色直接配成白光的方式，可制成白光发光二极管。利用三色晶粒直接封装成白光二极管这种方法是最早用于制成白光的方式，其优点是不需经过荧光粉的转换，藉由三色晶粒直接配成白光，除了可避免因为荧光粉转换的损失而得到较佳的发光效率外，更可以藉由分开控制三色发光二极管的光强度，达成全彩的变色效果(可变色温)，并可藉由晶粒波长及强度的选择得到较佳的演色性。
但其缺点为混光困难，使用者在此光源前方各处可轻易观察到多种不同的颜色，并在各遮蔽物后方看到彩色的影子。另外，因为所使用的三个晶粒都是热源，散热问题更是其它种封装型式的3倍，而增加其使用上的困难。目前利用多晶形RGB?LED封装型式的白光发光二极管约可得到25～30lm/W的效率。主要应用在散热问题较不严重的户外显示广告牌、户外景观灯、可变色洗墙灯等。但另一方面，若可藉由电子电路控制的设计，利用多晶形RGB LED封装型式的发光二极管，很有机会成为取代目前使用CCFL的LCD背光模块中背光源的主
评论