中村修二:使用蓝色LED的白色LED会消失

来源：  发布日期：2015-07-31  点击次数：1383

“使用蓝色LED的白色LED早晚会消失。”
　　据日经技术在线报道，说出这句话的，是因开发出蓝色LED而获得2014年诺贝尔物理学奖的美国加州大学圣塔芭芭拉分校(UCSB)教授中村修二。这是中村在2015年7月24日举行的研讨会“GaN掀起能源革命”上发表演讲时说的。
　　液晶屏背照灯及照明等使用的白色LED，主要是由蓝色LED芯片和黄色荧光体组合而成的。中村指出，这种类型的白色LED“存在蓝色光的峰值强度较高、容易引起睡眠障碍的问题”，也就是所谓的“蓝光问题”。中村介绍的解决对策是美国Soraa公司销售的白色LED。
　　Soraa是中村作为共同创始人(co-founder)设立的LED风险企业，主要销售在紫色LED芯片上组合使用红色(R)、绿色(G)、蓝色(B)荧光体的白色LED。中村介绍，这种白色LED“通过紫色LED激发荧光体来获得蓝色光，因此蓝色光的峰值强度不太高”。而且，还能输出可见光波长范围内所有的光，因此可实现像太阳光一样的理想白色。
　　效率提高约50%
　　紫色LED芯片本身就有很多优点。比如，紫色LED芯片是在GaN基板上层叠GaN类半导体来制作的，属于“GaN on GaN”型LED。因此，GaN类半导体层的晶体品质很高。基板与GaN类半导体层的晶格常数等基本上没有差异，因此很难出现被称为“位错”的晶体缺陷。
　　而普通的蓝色LED芯片是在蓝宝石基板上制作的。GaN类半导体与蓝宝石的晶格常数等不同，因此容易出现位错。
　　紫色LED芯片的形状也十分独特，为三角形。普通LED芯片的形状为四角形，与之相比，三角形LED芯片的发光层发出的光线射到芯片外的效率(光提取效率)更高。
　　据中村介绍，由于紫色LED的晶体品质及光提取效率都很高，因此光输出除以投入电力所得到的“WPE(wall-plug efficiency，电光转换效率)”可达到84%。而普通蓝色LED的WPE仅为50～60%。
　　紫色LED芯片的另一特点是不易出现“光效下降(droop)”问题。光效下降是为了提高发光强度而增加驱动电流密度时，引起的发光效率下降的现象，也是提高亮度时存在的一大课题。而GaN on GaN型产品的晶体品质较高，与蓝宝石基板型产品相比，不易发生光效下降问题。因此，与蓝宝石基板型产品相比，GaN基板型产品可使电流密度提高至5～10倍。
　　不过，GaN基板型产品也不能完美解决光效下降问题，电流密度的提高存在界限。
　　激光照明为第三代产品
　　因此，中村一直在大力研究使用半导体激光器的照明。如果将蓝宝石基板型产品视为第一代SSL(solid state lighting：固体照明)的话，那么GaN基板型产品就是第二代，而激光器照明就是第三代产品。
　　中村介绍，使用半导体激光器的话，即便将电流密度提高至LED的近1000倍，也基本上不会对发光效率产生影响。
　　因此，获得相同亮度所需要的芯片面积就能大幅缩小。比如，要获得60W的白色光，蓝宝石基板型LED需要28平方毫米的面积，而使用半导体激光器的话，只需要0.3平方毫米。
　　目前，蓝色半导体激光器存在成本和效率问题。中村表示，“成本是蓝色LED的10倍，而效率(WPE)却只有30%，仅为蓝色LED的一半左右。因此，必须将成本降低到1/10，效率提高到两倍”。他对解决这些问题充满信心。
　　在著名投资者的建议下创业
　　演讲时，中村还提到了创办Soraa的原因。该公司是由包括中村在内的三名UCSB教授于2008年成立的。为此提供契机的是美国著名风险投资人维诺德·科斯拉(Vinod Khosla)。科斯拉看到中村的研究小组发表的2006年的研究成果后，便劝说中村创业。
　　Soraa从2012年开始在美国销售LED灯，2013年开始在日本等美国以外的国家销售。2014年的销售额达到约40亿日元，实现了快速增长。